Когда солнце движется по небу, подсолнухи постоянно ориентируются, чтобы впитать больше света (SN: 8/4/16). Теперь тип материала, созданного человеком, тоже может это сделать.
Это первый искусственный материал, способный к фототропизму, сообщают исследователи 4 ноября в журнале Nature Nanotechnology. Исследователи материалов Ximin He из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и ее коллеги выяснили, что цилиндры из материала в виде стеблей материала, получившие название SunBOT, могут маневрировать, чтобы захватить около 90 процентов доступного солнечного света, даже когда солнце входит под косым углом. Исследователи говорят, что когда-нибудь эту технологию можно будет использовать для оптимизации солнечных батарей, опреснения воды или перемещения роботов.
Другие ученые создали искусственные вещества, которые могут наклоняться к свету, но эти материалы останавливаются произвольно. SunBOT могут саморегулироваться, перемещаясь в оптимальное положение, необходимое для поглощения солнечных лучей, а затем вносить небольшие изменения, чтобы оставаться там по мере смещения солнца.
Эта способность проистекает из конфигурации SunBOT: полимер в форме стебля диаметром около 1 миллиметра с наноматериалом, реагирующим на свет. Наноматериал поглощает свет и превращает его в тепло; полимер сжимается в ответ на повышенные температуры.
Когда Он и его коллеги направили луч света на один из этих искусственных стеблей, освещенная сторона нагревалась и сжималась. Это заставило его вершину наклониться к свету. Затем заштрихованная нижняя часть стебля остыла, останавливая движение SunBOT в положении, наилучшим образом ориентированном на поглощение света. Процесс повторяется при изменении угла светового луча.
Для создания своих первых SunBOT исследователи использовали наночастицы золота и гидрогель. Но испытания с другими материалами, такими как наночастицы сажи и жидкокристаллические полимеры, показали, что компоненты можно смешивать и сочетать.
«Если у нас есть этот большой набор материалов, работающих по одному и тому же принципу… ученые могут использовать его в разных средах для различных применений», - говорит Сеунг-Вук Ли, биоинженер из Калифорнийского университета в Беркли, который не принимал участия в исследовании. Например, он обнаружил, что гидрогель SunBOT работает в воде.
SunBOT могут быть выстроены в ряды, чтобы покрыть всю поверхность, создавая «мини-лес подсолнечника». Покрытие поверхностей этим материалом может решить одну из самых больших проблем в солнечной энергии: так как угол прямого солнечного света меняется, когда солнце движется над головой, обычные материалы не выдерживают.
Материалы, которые остаются в одном положении - как солнечные элементы на солнечной панели - захватывают около 24 процентов доступной энергии от солнца. По его словам, просто двигаясь лицом к солнцу, множество солнечных батарей может собирать около 90 процентов энергии солнечного света.
По словам Ли, благодаря созданию материала, который может следовать солнечному свету, исследователи смогли поддерживать поглощение солнечной энергии почти на максимуме, когда солнце двигалось над головой. «Это главное, чего они достигли».