Nanotecnologia

Nano-origami cria células solares tridimensionais

Nano-origami cria células solares tridimensionais
Células solares esféricas foram construídas por um processo de automontagem que lembra um origami high-tech.[Imagem: Ralph Nuzzo]

Juntando a fotolitografia utilizada para a fabricação de chips com um processo de dobradura espontâneo que lembra um origami nanotecnológico, pesquisadores desenvolveram uma técnica para a fabricação de peças tridimensionais que poderão ser usadas na construção de nanomáquinas.

"Esta é uma forma completamente diferente de construir estruturas tridimensionais. Nós estamos abrindo um novo caminho para o que se pode fazer com os processos de automontagem," diz o Dr. Ralph G. Nuzzo, da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos.

Silício maleável

O processo é feito a partir de películas de silício tão finas que o material, normalmente muito quebradiço, ganha maleabilidade, podendo ser dobrado sem se quebrar.

Para testar a nova técnica de forma muito prática, os pesquisadores usaram o processo de origami high-tech para construir células solares cilíndricas e esféricas, avaliando em seguida os efeitos do formato sobre seu desempenho.

Origami nanotecnológico

Tudo começa com uma fatia finíssima de silício, de formato circular, fabricada com a técnica tradicional de fotolitografia.

A seguir, os pesquisadores colocaram uma gota de água no centro do pequeno disco. Conforme a água evaporava, as forças de capilaridade puxavam as bordas da película, fazendo-a dobrar ao redor da gota de água, assumindo seu formato.

Para manter o formato depois que toda a água se evaporou, os pesquisadores colocaram um pequeno cristal de vidro, recoberto com um adesivo, no centro dessa flor às avessas.

Células solares esféricas

"A estrutura fotovoltaica resultante, ainda não otimizada para o desempenho elétrico, oferece uma abordagem promissora para coletar a energia solar de forma eficiente usando filmes finos," explica Jennifer Lewis, que também participa da pesquisa.

Ao contrário das células solares tradicionais, que são planas, células solares tridimensionais podem funcionar simultaneamente como estruturas ópticas passivas de rastreamento da luz do Sol, permitindo a captura de fótons que veem de todas as direções.

E as células solares nem de longe serão as únicas beneficiadas com a técnica de nano-origami. O processo de dobraduras com água, que cria essencialmente um processo de automontagem, poderá ser aplicado a qualquer tipo de material feito em películas, e não apenas ao silício.

Modelo preditivo

Para otimizar a utilização da nova técnica, os pesquisadores desenvolveram, a partir de seus experimentos práticos, um modelo computadorizado preditivo que permite calcular os parâmetros do processo a partir do tipo de filme fino utilizado, de suas propriedades mecânicas e do formato final da nanoestrutura que se deseja obter.

Com o modelo, é possível selecionar o melhor material para se atingir o formato de peça que se deseja construir, assim como a espessura da película original e os demais parâmetros, como a velocidade de aquecimento.

Bibliografia:

Two- and three-dimensional folding of thin film single-crystalline silicon for photovoltaic power applications
Xiaoying Guo, Huan Li, Bok Yeop Ahn, Eric B. Duoss, K. Jimmy Hsia, Jennifer A. Lewis, Ralph G. Nuzzo
Proceedings of the National Academy of Sciences
November 23, 2009
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1073/pnas.0907390106




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