ไซยาโนแบคทีเรียและวัสดุนาโนช่วยเพิ่มพลังให้เซลล์แสงอาทิตย์

วัสดุนาโนที่ออกแบบอย่างมีกลยุทธ์ได้ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ที่รวมเอาไซยาโนแบคทีเรียที่สังเคราะห์แสงไว้ด้วย งานนี้ทำโดย Jae Ryoun Youn, Young Seok Song และเพื่อนร่วมงานที่   มหาวิทยาลัยแห่งชาติโซลและมหาวิทยาลัย Dankookในเกาหลีใต้ สิ่งที่น่าประทับใจเป็นพิเศษเกี่ยวกับเทคโนโลยีใหม่ของพวกเขาคือมันใช้ประโยชน์จากสเปกตรัมแสงอาทิตย์

ในวงกว้างในขณะเดียวกันก็เพิ่มกิจกรรมการสังเคราะห์

แสงของไซยาโนแบคทีเรียThe Sun นำเสนอพลังงานสะอาดและพลังงานหมุนเวียน แต่วิธีการใช้แหล่งพลังงานที่ไร้ขีดจำกัดแต่กระจายอำนาจอย่างมีประสิทธิภาพและใช้งานได้จริงมากที่สุดคือความท้าทายด้านวิศวกรรมที่สำคัญ ทีมงานของเกาหลีกำลังดำเนินการแก้ปัญหาทางชีวภาพสำหรับปัญหานี้ในไซยาโนแบคทีเรีย ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตโบราณที่ทำการสังเคราะห์แสงและการหายใจในเกือบทุกสภาพแวดล้อมบนโลก เซลล์สุริยะชีวภาพที่ปรับให้เหมาะสมที่สุดอุปกรณ์ดังกล่าวซึ่งอธิบายไว้ในNano Lettersได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพด้วยการใช้วัสดุที่ใช้งานแยกกันสามชนิด โดยแต่ละวัสดุจะครอบคลุมบริเวณต่างๆ ของสเปกตรัมแสงอาทิตย์

แท่งนาโนซิงค์ออกไซด์มีแสงสูงในบริเวณอัลตราไวโอเลต แต่นักวิจัยได้ขยายช่วงนี้เพื่อรวมแสงที่มองเห็นได้ด้วยการเคลือบแท่งนาโนด้วยวัสดุนาโนที่ใช้งานได้อีกอย่างหนึ่ง: อนุภาคนาโนทองคำ สิ่งเหล่านี้แสดงการสั่นพ้องของพลาสมอนพื้นผิวที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่น ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่สามารถเพิ่มแอคติวิตีของแสงของเซมิคอนดักเตอร์ผ่านการดูดกลืนแสงที่รุนแรงและการกระเจิง และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าท้องถิ่นที่ปรับปรุงแล้วที่ความถี่เฉพาะ โดยพื้นฐานแล้วอนุภาคนาโนทองคำทำหน้าที่เป็นเสาอากาศขนาดเล็กสำหรับการเก็บเกี่ยวแสง

อ่านเพิ่มเติมแบบจำลองของไซยาโนแบคทีเรีย

แสดงให้เห็นว่าแสงที่เข้ามาถูกโฟกัสไปที่จุดที่อยู่ฝั่งตรงข้ามของเซลล์อย่างไรแบคทีเรียทำหน้าที่เป็นเลนส์ขนาดเล็กเพื่อเคลื่อนที่เข้าหาแสงด้วยการโหลดโครงสร้างนาโนไฮบริดที่มีไซยาโนแบคทีเรียนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการเพิ่มการเก็บเกี่ยวแสงครั้งที่สามลงในระบบและประสบความสำเร็จในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานต่อไป ผู้เขียนได้ใช้การจำลองและการวัดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ว่าแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ที่กระจายแสงไปทั่วบริเวณสเปกตรัมที่ไซยาโนแบคทีเรียชื่นชอบต่อสิ่งมีชีวิต

ที่ด้านบนสุดของโฟโตแอโนด นอกจากนี้แสงที่กระจัดกระจายนี้ถูกขยายโดยอนุภาคนาโนทองคำ พวกเขาสรุปว่าเช่นเดียวกับการเก็บเกี่ยวแสงผ่านการเปลี่ยนระหว่างแถบความถี่และการฉีดอิเล็กตรอนแบบร้อน ตามลำดับ แท่งนาโนซิงค์ออกไซด์และอนุภาคนาโนทองคำช่วยปรับปรุงการส่งออกพลังงานของไซยาโนแบคทีเรีย

กระแสน้ำมืดและทัศนวิสัยที่มีแดดนอกจากธรรมชาติที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและความสามารถในการรักษาตัวเองแล้ว ไซยาโนแบคทีเรียยังมีเคล็ดลับอีกอย่างหนึ่งที่ทำให้แขนเล็กด้วยกล้องจุลทรรศน์ของพวกมัน เมื่อพูดถึงไบโอโฟโตโวลตาอิก นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าโซลาร์เซลล์ของพวกมันผลิตโฟโตกระแสไฟฟ้าในที่มืดได้ ทั้งนี้เนื่องจากไซยาโนแบคทีเรียสามารถย่อยสลายตัวกลางของคาร์บอนที่สะสมไว้ได้ต่อไปในช่วงที่มีแสง ด้วยลักษณะวัฏจักรของพลังงานที่ดวงอาทิตย์ได้รับ ที่เรียกว่า “กระแสมืด” นี้สามารถช่วยลดความต้องการระบบกักเก็บพลังงานได้

จากผลการวิจัย ผู้เขียนเชื่อว่าการศึกษาครั้งนี้

เป็นการปูทางสำหรับการพัฒนาต่อไปในด้านไบโอโฟโตโวลตาอิก ซึ่งทำให้เกิดการผลิตพลังงานที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืนเทคนิคแรกในการลงวันที่เครื่องปั้นดินเผาโดยตรง เครื่องปั้นดินเผาถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงปลายยุค Pleistocene (2.6 ล้านปีก่อนคริสตศักราช – 9700 ปีก่อนคริสตศักราช) และเป็นปัจจัยสำคัญในการพัฒนาการแปรรูปอาหาร Evershed กล่าว เทคนิคปัจจุบันในการออกเดทมักขึ้นอยู่กับการตรวจสอบสไตล์และลักษณะการตกแต่งของวัตถุอย่างรอบคอบ อย่างไรก็ตาม วิธีการ “จำแนกประเภท” นี้เป็นเพียงการประมาณการคร่าวๆ ของอายุหม้อ – โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวอย่างก่อนหน้านี้ ซึ่งมักจะค่อนข้างธรรมดา อีกวิธีหนึ่งที่เรียกว่า Association อาศัยวัสดุอินทรีย์ที่จับคาร์บอน (เช่น ถ่าน กระดูก หรือเมล็ดพืช) ที่วางอยู่ข้างเครื่องปั้นดินเผา และใช้ผลการประเมินอายุของหม้อเอง อีกครั้ง วิธีนี้ไม่ถูกต้องนักและมักเกิดข้อผิดพลาด

Evershed กล่าวว่าวิธีที่ดีที่สุดคือการนัดหมายบางอย่างจากหม้อเอง นักวิจัยคนอื่นๆ เคยทำแบบนั้นมาก่อน โดยการหาค่าวัสดุคาร์บอนบนพื้นผิวของสิ่งประดิษฐ์ อย่างไรก็ตาม Evershed ตั้งข้อสังเกตว่าสิ่งตกค้างเหล่านี้สามารถปนเปื้อนจากสิ่งแวดล้อมได้ง่ายกว่าสิ่งตกค้างที่ฝังอยู่ในดินเหนียวหินงอกเพิ่มความแม่นยำในการระบุอายุคาร์บอนมากกว่า 54,000 ปี

“เทคนิคใหม่ของเราคือการใช้เครื่องปั้นดินเผาโดยตรงเป็นครั้งแรก” เขาบอกกับPhysics World “และเนื่องจากเรากำลังมองหาไขมันที่ตกค้างอยู่ เราจึงสามารถเชื่อมโยงวันที่ของสิ่งเหล่านี้กับแนวทางการจัดซื้ออาหารได้ ตัวอย่างเช่น การออกเดทกับเศษนมจากแหล่งยุคก่อนประวัติศาสตร์ทำให้เราเข้าใจถึงแนวทางปฏิบัติในการจัดการสัตว์ในระยะเริ่มต้น”

สมาชิกของทีม Bristol ซึ่งรายงานการทำงานของพวกเขาในNatureตอนนี้วางแผนที่จะตรวจสอบว่าพวกเขาสามารถนำเทคนิคนี้ไปใช้กับไขมันตกค้างอื่นๆ เช่น น้ำมันพืชหรือขี้ผึ้งได้หรือไม่ ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือการใช้มันกับมัมมี่ซึ่งมีไขมันอยู่ในเนื้อเยื่ออ่อนและการพันผ้าพันแผล แอปพลิเคชันที่สามอาจเกี่ยวข้องกับการหาคู่ของกระดูกทางโบราณคดี เนื่องจากมีไขมันอยู่ด้วย

Credit : greenteagallery.net hassegawa.net hdpaperwall.net henryxp.net hotelsnearheathrowairport.net