نگاهی نو به نور: ماده‌ای که خورشید را به گرما تبدیل می‌کند

در جهانی که هر روز بیشتر به سوی استفاده از انرژی‌های پاک حرکت می‌کند، هر کشف تازه‌ای در حوزه تبدیل انرژی خورشیدی، می‌تواند نقطه عطفی باشد. این بار دانشمندان کانادایی از مؤسسه ملی پژوهش‌های علمی (INRS) موفق به تولید ماده‌ای نوآورانه شده‌اند که می‌تواند با بالاترین راندمان ثبت‌شده تاکنون، نور خورشید را مستقیماً به گرما تبدیل کند.

این ماده، پوششی نازک از ترکیبی به نام Ti₄O₇ (یکی از فازهای خاص اکسید تیتانیوم) است که به‌واسطه ویژگی‌های منحصربه‌فردش، تحولی در فناوری‌های انرژی و محیط زیست ایجاد کرده است.

Ti₄O₇ چیست و چرا خاص است؟

Ti₄O₇ یک ساختار کریستالی از اکسید تیتانیوم است که نه‌تنها رسانایی الکتریکی بالایی دارد، بلکه در برابر خوردگی نیز بسیار مقاوم است. این ویژگی‌ها باعث شده است که بتوان از آن به عنوان آند در سیستم‌های تصفیه آب استفاده کرد، جایی که آلاینده‌های سرسخت را باید از میان برداشت.

اما مهم‌ترین قابلیت این ماده، توانایی بی‌نظیرش در جذب نور خورشید و تبدیل آن به گرماست؛ آن هم با راندمانی که پیش‌تر در فناوری‌های متداول دیده نشده بود.

فناوری پشت ماجرا: کندوپاش مگنترون

برای تولید این ماده، پژوهشگران از روشی به نام کندوپاش مگنترون (Magnetron Sputtering) استفاده کرده‌اند. این تکنیک به آن‌ها امکان می‌دهد لایه‌هایی بسیار نازک – در حد چندصد نانومتر – از Ti₄O₇ را روی سطوحی مانند شیشه، فلز یا سیلیکون قرار دهند.

نازکی این لایه‌ها به این معناست که وزن اضافه‌ای به تجهیزات وارد نمی‌شود، در عین حال میزان جذب نور و تبدیل آن به گرما به‌شدت بالا می‌رود.

کاربردهای متنوع: از انرژی تا محیط‌ زیست

فناوری تولید Ti₄O₇ فقط به‌ درد یک حوزه نمی‌خورد؛ لیست کاربردهای آن آن‌قدر بلند است که شاید لازم باشد یک دسته‌چک انرژی برداریم! برخی از کاربردهای این ماده به شرح زیر است:

• تصفیه آب با آندهای مقاوم: حذف آلاینده‌های سرسخت از آب با مصرف انرژی کمتر و عمر بیشتر تجهیزات؛

• پنجره‌های هوشمند گرمایی: پنجره‌هایی که در سرمای زمستان گرما را حفظ و در گرمای تابستان بازتاب می‌کنند؛

• تولید سوخت‌های پاک: مشارکت در تولید هیدروژن و آمونیاک به‌عنوان سوخت‌های آینده؛

• افزایش بهره‌وری ساختمان‌ها: جذب گرما و کاهش نیاز به سیستم‌های گرمایشی پرمصرف.

یک دستاورد، چند آینده روشن

این پیشرفت علمی نه‌تنها در راستای توسعه پایدار است، بلکه در کاهش هزینه‌های انرژی، حفاظت از منابع طبیعی و مقابله با بحران تغییرات اقلیمی نیز تأثیرگذار خواهد بود.

دانشمندان امیدوارند که در آینده نزدیک این ماده وارد فاز صنعتی شود و شاهد استفاده گسترده از آن در ساختمان‌سازی، نیروگاه‌های خورشیدی و سیستم‌های تصفیه پیشرفته باشیم.