ابداع جایگزینی برای پنل خورشیدی با الهام از گل آفتابگردان

پژوهشگران دانشگاه هاروارد با الهام از گل آفتابگردان، نوعی جایگزین برای پنل خورشیدی ابداع کرده‌اند. پاهای چسبنده مارمولک “گکو” (gecko)، از ساختارهای میکروسکوپی مو مانندی پوشیده شده که به خاطر ترکیب شیمیایی و فیزیکی و انعطاف‌پذیری بالا، به مارمولک کمک می‌کنند به راحتی روی دیوارها و سقف‌ها بخزد.

دانشمندان سعی کرده‌اند در آزمایشگاه، این ریزساختارهای پویا را با مواد گوناگونی از جمله ” الاستومرهای کریستال مایع” (LCEs) جایگزین کنند. الاستومرهای کریستال مایع در اصل، لاستیک‌هایی با ویژگی‌های کریستال مایع هستند و کاربردهای جذابی در زمینه نور، فوتونیک، ارتباطات از راه دور و پزشکی دارند. تاکنون، الاستومرهای کریستال مایع مصنوعی، قادر به تغییر در تنها یک یا دو بعد بوده‌اند و توانایی ساختارها را برای حرکت در فضا و گرفتن اشکال مختلف محدود می‌کردند.

گروهی از دانشمندان “موسسه ویس” (Wyss Institute) و “دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان پاولسون” (SEAS) در “دانشگاه هاروارد” (Harvard University)، میادین مغناطیسی را برای کنترل ساختار مولکولی الاستومرهای کریستال مایع و ایجاد شکل‌های پلیمری میکروسکوپی سه‌بعدی، تحت کنترل درآورده‌اند.

“یوژیانگ یائو” (Yuxing Yao)، نویسنده ارشد این پژوهش گفت: نکته مهم پژوهش این است که ما می‌توانیم ساختار مولکولی را با هم‌تراز کردن کریستال‌های مایع در یک جهت دلخواه و در فضای سه‌یعدی کنترل کنیم و برنامه‌ریزی تقریبا هر شکلی را با هندسه خود آن انجام دهیم.

این ریزساختارهای جدید، از جنس الاستومرهای کریستال مایع هستند که در قالب‌های دلخواه ریخته می‌شوند و نسبت به حرارت، نور و رطوبت واکنش نشان می‌دهند.

پژوهشگران دریافتند که با قرار دادن این مواد جدید در معرض میدان مغناطیسی، عناصر کریستال مایع درون الاستومرها در امتداد میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند و این تراز مولکولی پس از اصلاح پلیمر حفظ می‌شود. آنها توانستند با تغییر جهت میدان مغناطیسی در طول این فرآیند، نحوه تغییر شکل‌های الاستومرهای کریستال مایع را هنگام گرم شدن مشخص کنند.

به علاوه، الاستومرهای کریستال مایع را می توان با دو ویژگی واکنشی نسبت به گرما و نور به وجود آورد. چنین ساختاری، قابلیت پذیرفتن شکل‌های گوناگون حرکت و مکانیسم‌های واکنشی را دارد.

یکی از کاربردهای جالب الاستومرها، ایجاد پنل‌های خورشیدی است که با ریزساختارهایی برای دنبال کردن نور خورشید پوشیده شده‌اند و مانند گل آفتابگردان عمل می‌کنند. با این روش، جذب نور کارآمدتر خواهد بود.

“جوانا آیزنبرگ” (Joanna Aizenberg)، دانشجوی فارغ‌التحصیل دانشگاه هاروارد و از پژوهشگران این پروژه گفت: آزمایشگاه ما در حال حاضر، پروژه‌هایی را برای کنترل شیمی کریستال مایع درون الاستومرها در دست دارد تا رفتار منحصربه‌فردی در تغییر شکل خود نشان دهند. ما باور داریم که این ساختارهای پویا، ظرفیت استفاده در زمینه های گوناگونی را دارند.

نتایج این پژوهش، در هفته‌نامه ” PNAS” به چاپ رسید. / ایسنا