الهوائي المقوِّم: تحويل الضوء إلى تيار مستمر

الطاقة المتجددة والطاقة البديلة اسم يدوي صداه في أغلب بحوث الطاقة، وبما أن الضوء جزء أساسي للطاقة البديلة، عَمِلَ الباحثون بشكل دؤوب على إيجاد هوائي يعمل على تحويل الضوء إلى تيار مستمر، وذلك ما أسموه الهوائي المقوِّم.

الهوائي المقوِّم عبارة عن جهاز يحول الأمواج الكهرومغناطيسية المنتشرة عند التردد المرئي إلى تيار مستمر، وإنتاجه يتطلب هوائي يُربَط إلى ديود يعمل برتبة الفيمتو ثانية ( 15- 10 من الثانية)، ولنحصل على هذه السرعة تم استخدام ديودات من زمرة MIM حيث أنها الديودات الوحيدة في العالم التي تعمل على فتح وإغلاق البوابة بسرعة مكافئة للطاقة الشمسية الواصلة للهوائي. إن ديود بقطر (10) نانومتر استطاع العمل على هذه الترددات بشكل استثنائي من خلال سعة بالغة الصغر (عدة أتو فاراد - 18- 10 من الفاراد - )

بذلك كان باستطاعتنا الحصول على تكنولوجيا جديدة لأجهزة الإستشعار البصرية اعتماداً على عدة طبقات من الأنابيب النانوية الكربونية ومقوِّمات صغيرة، حيث أنها لا تحتاج إلى التبريد فهي تقوم على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية.

تعمل الأنابيب الكربونية كهوائي يلتقط الضوء محدثا اهتزازاً يتحرك خلال أجهزة التقوِّيم المرتبطة بالأنابيب، تغلق وتفتح المقوِّمات (الديودات) عندما تلتقط الضوء مما يشكل تياراً مستمراً صغيراً.

تطلى هذه الأنابيب النانوية بعازل كهربائي هو أكسيد الألمنيوم مع طبقات رقيقة من الكالسيوم والألمنيوم على السطح مشكلة القطب الموجب.

عملياً نكون قادرين على الحصول على تيار مقبول عند وضع الملايين من الهوائيات المقوِّمة في مصفوفة، وذلك بسبب التحديات الصناعية على مستوى النانو.

تمر الأمواج الضوئية عبر القطب الموجب وتتفاعل الأنابيب الكربونية بسرعة الفيمتو ثانية ، يغلق ويفتح الـ MIM سامحاً للإلكترونات المتولدة من الهوائي بالعبور باتجاه واحد إلى القطب الأعلى.

يقول بارتوندا كولا أحد أفراد فريق البحث: " كلما استطعنا تقريب الهوائي إلى الديود نحصل على كفاءة أعلى، لذلك كان الحل المثالي هو أن يكون الهوائي أحد أقطاب الديود، وهذا ما قمنا به" .

تطلب من العلماء 40 عاماً لتحويل الضوء إلى تيار مستمر ولكن النتائج غير مرضية إلى الآن، فقد كانت فعالية الجهاز حوالي 1 % ، يأمل فريق العمل زيادة الفعالية بنسبة لا تقل عن الـ 40 % من خلال تغير المواد المُصنِعة وفتح الأنابيب النانوية للسماع لعدة قنوات بالإتصال وتقليل المقاومة في الهوائي المقوِّم.

سيقود هذا الإختراع إلى ظهور تقنيات و أجهزة جديدة لتحويل الطاقة الضائعة إلى تيار، والإستفادة المثلى من الطاقة الشمسية ودون الحاجة إلى تبريد، وسنلاحظ أن التطور الكبير والسريع لمصادر الطاقة الكهربائية سيكون السبب الرئيسي في قفزات نوعية في كثير من المجالات الصناعية، ويفتح أفاقا جديدة للطاقة النظيفة.

المصادر:

1)هنا

2)هنا

3) هنا