انتقال انرژی در تجهیزات الکترونیکی با الهام از طبیعت

به گزارش ایسنا و به نقل از نانوتک، سیستم‌های فتوسنتز در طبیعت، انرژی را به صورت بسیار کارآمد منتقل می‌کنند و آن را طوری به ارگانیسم مورد نظر انتقال می‌دهند که کارآیی داشته باشد. دانشمندان تلاش کرده‌اند تا از این ویژگی، برای کمک به انتقال کارآمد انرژی در تجهیزات الکتریکی الهام بگیرند. "ریچارد هیلدنر" (Richard Hildner)، فیزیکدان "دانشگاه خرونینگن" (RUG) هلند و همکارانش، انتقال انرژی را در یک سیستم مصنوعی ساخته شده از نانوالیاف مورد بررسی قرار دادند.

هیلدنر گفت: سیستم‌های فتوسنتز طبیعی، طی میلیاردها سال تکامل، تنظیم شده‌اند اما پیاده کردن این روند روی سیستم‌های مصنوعی، کار بسیار دشواری است.

دسته‌های نانوالیاف

هیلدنر و همکارانش طی پنج سال گذشته، سیستمی ابداع کردند که در آن، مولکول‌هایی صفحه مانند روی نانوالیاف انباشته می‌شوند. این سیستم می‌تواند به انتقال انرژی کمک کند. آنها برای بهبود انتقال انرژی، نانوالیاف را در دسته‌هایی قرار دادند. از این ایده اغلب در تجهیزات الکتریکی معمولی استفاده می‌شود. در این تجهیزات، سیم‌های مسی بسیار باریکی در یک دسته قرار می‌گیرند تا یک کابل قوی شکل بگیرد.

در هر حال، در این بررسی مشخص شد که کارآیی دسته‌ نانوالیاف در انتقال انرژی، به خوبی الیاف انفرادی نیست.

دلیل این موضوع، در انسجام است. هنگامی که انرژی به مولکول‌های تشکیل دهنده الیاف وارد می‌شود، حالتی موسوم به "اکسیتون" (exciton) را ایجاد می‌کند.

هیلدنر ادامه داد: انرژی، روی چندین مولکول جا به جا می‌شود؛ در نتیجه می‌تواند به شکل سریع‌تر و کارآمدتری در سراسر الیاف حرکت کند. این شرایط، بدین معناست که انرژی مانند یک موج حرکت می‌کند و از یک مولکول به مولکول بعدی منتقل می‌شود. در مقابل، انرژی بدون وجود انسجام، تنها به یک مولکول محدود می‌شود و باید از یک مولکول به سوی مولکول دیگر جهش یابد. چنین شرایطی، روش آهسته‌تری برای انتقال انرژی است.

هیلدنر افزود: انسجام در میان دسته الیاف از بین می‌رود. الیاف در چنین شرایطی فشرده می‌شود و گروه‌های جانبی از مولکول‌ها را پدید می‌آورد که به یکدیگر برخورد می‌کنند.

گیاهان می‌توانند نور خورشید را با کمک آنتن‌های مولکولی جذب کنند و سپس، به انتقال انرژی بپردازند. هدف دانشمندان این است تا سیم‌های مولکولی ابداع کنند که می‌توانند مانند این آنتن‌های مولکولی، به انتقال کارآمد انرژی بپردازند.

این پژوهش، در مجله " Journal of the American Chemical Society" به چاپ رسید.