ابتكر الباحثون إسفنجة معدنية تعمل على زيادة الطاقة الضوئية ويمكنها امتصاص المواد إليها
الطاقة الشمسية، كما نعلم، هي طاقة نظيفة وخضراء وبديلة ومتجددة. تعمل المنشآت التي تنتج الطاقة الشمسية على تحويل الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يأتي من الشمس إلى وقود حراري أو كهرباء وبالتالي يمكن أن تكون عنصرا هاما في سوق الطاقة العالمية.
تدرس البروفيسور عدي سالومون وفريقها من معهد تكنولوجيا النانو والمواد المتقدمة وقسم الكيمياء في جامعة بار إيلان التفاعل بين ضوء الشمس والهياكل النانومترية (جزء من الألف من قطر الشعرة) في المعادن. وبفضل هذه الهياكل، يتفاعل الضوء مع الإلكترونات الحرة الموجودة في المعدن. هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء مجالات كهرومغناطيسية قوية على المادة المعدنية، أو بمعنى آخر، كيف يتم بناء "هوائيات" صغيرة في الأسطح المعدنية وتتركز عليها المجالات الكهرومغناطيسية، والتي يمكن استخدامها، من بين أمور أخرى، لإنتاج الوقود الأخضر والصديق للبيئة.
وبشكل عام، فإن فكرة البروفيسور سالومون وفريقها هي التحكم في العمليات الكيميائية وانتقالات الطاقة في الجزيئات القريبة من الهياكل النانوية في المعادن. في الواقع، يمكن تشبيه هذه الأسطح بورقة اصطناعية تحتوي على مستقبلات للطاقة، تمتص ضوء الشمس وتنقله بكفاءة من مركز تفاعل إلى آخر وتنتج الطاقة منه. وهذا يشبه عملية التمثيل الضوئي، حيث يمتص النبات ثاني أكسيد الكربون والضوء والماء وينتج منهم السكر (الوقود).
"بفضل الهياكل النانومترية في المعدن، يتمكن الضوء من التأثير على الإلكترونات الحرة الموجودة فيه. هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء مراكز الطاقة التي يمكنها تضخيم أي ظاهرة بصرية. وفي هذه الحالة تتحرك الإلكترونات معًا مثل الجنود في الجيش، بتردد معين، اعتمادًا على شكل وحجم البنية النانومترية، وبالتالي يزداد المجال الكهرومغناطيسي ويتركز في مساحات صغيرة. الهياكل النانوية في المعادن لها أيضًا لون مختلف وليس مجرد لمعان فضي. يمكن أن تكون بأي لون، اعتمادًا على شكل بنية النانومتر"، يوضح البروفيسور سالومون.
أحدث الأبحاث التي تم إجراؤها في مختبر البروفيسور سالومون، بدعم من مؤسسة العلوم الوطنية، هي أطروحة الدكتورة راتشيلي رون. وكجزء منه، قام الباحثون ببناء هيكل يتكون من جزيئات معدنية بحجم نانومتر، منسوجة معًا في شبكة ثلاثية الأبعاد - أي نوع من الإسفنج المعدني (يقاس حجمه بالسنتيمتر). وذلك من خلال تبخر الذرات (في جهاز صناعي) على سطح مشحون كهربائياً. الذرات التي تم دفعها نحو سطح السطح المشحون غيرت مسارها بسبب قوى التنافر أو التجاذب وبالتالي تم إنشاء بنية الشبكة.
كان هدف الباحثين هو إنشاء هيكل معدني جديد يمكن زيادة تفاعله مع الضوء بعدة مراتب من حيث الحجم، بحيث يكون قادرًا على تركيز المزيد من الطاقة الضوئية عليه ويكون قادرًا أيضًا على امتصاص المواد. وفي حالة الإسفنج المعدني، فبالإضافة إلى أن جزيئات النانو تسبب تشتت الضوء وزيادة المجال الكهرومغناطيسي، فإن بنيتها المجوفة والخفيفة، ومساحة سطحها الضخمة، تسمح للجزيئات بالتغلغل من خلالها وتكون استيعابها من قبله. لذلك يمكن استخدامه لمجموعة متنوعة من التطبيقات. على سبيل المثال، ككاشف بصري للكشف عن الملوثات (مثل المبيدات الحشرية في الماء) وكمحفز (محفز قادر على تسريع التفاعلات الكيميائية) في الصناعة الكيميائية والصيدلانية. بالإضافة إلى ذلك، عندما يتم إضاءته، يتم إنشاء "إلكترونات ساخنة" - حاملات شحنة يمكن استخدامها في التفاعلات الكيميائية مثل تقسيم الماء لإنتاج الهيدروجين (المستخدم للوقود). علاوة على ذلك، يمكن استخدامه كأقطاب كهربائية للبطاريات أو المكثفات الإلكترونية.
يقول البروفيسور سالومون: "كان هدفنا هو إنتاج هيكل يجمع بين العديد من الهياكل والثقوب على مقياس النانومتر ونسجها معًا بحيث تكون بمثابة هوائي للضوء. في اللغة المهنية يسمى هذا بالبنية المسامية. في النهاية قمنا بإنشاء هيكل ذو كثافة منخفضة جدًا، وخفيف جدًا، وموصل للكهرباء (مثل القطب الكهربائي)، وله تفاعل قوي مع الضوء. وبالتالي يمكن استخدامه لمجموعة متنوعة من التطبيقات في مجال الكيمياء والفيزياء والأحياء والطب. بالإضافة إلى ذلك، يبلغ حجمه بضعة سنتيمترات، لذا يمكن رؤيته بدون مجهر. وهذه هي الطريقة التي يجمع بها بين عالم النانو والعالم الحقيقي."
الحياة نفسها:
البروفيسور عدي سالومون، متزوج ويعيش في تل أبيب. متسلق جبال، عاشق للأدب الفرنسي، وعزف في الفرقة المسرحية بمعهد وايزمان.
