Desarrollo de un Absorbedor Plasmónico y su Evaluación como Material Termosolar

Abstract

Como parte del avance de la nanotecnología ya se han realizado estudios sobre el empleo de estructuras plasmónicas para aplicaciones de captación de luz solar con fines de obtener energía, tales como: celdas térmosolares, células solares de película delgada, fotoquímica y termoeléctrica solar. Estos tipos de desarrollos están integrados por diferentes combinaciones entre nanopartículas y soportes porosos de metales, lo cual ha permitido desarrollar nuevos materiales nanoestructurados que han demostrado que pueden mejorar la absorción del espectro de radiación solar. Todas estas aplicaciones explotan las capacidades excepcionales de las estructuras plasmónicas para concentrar la energía electromagnética, atrapándola en capas delgadas y generando electrones "calientes". Para aprovechar de manera óptima la energía solar, dichos dispositivos deben cumplir los requisitos inherentes impuestos por la emisión solar, es decir, ser de banda, ultra ancha e insensible a la polarización y al ángulo de incidencia. Como parte del estudio de las nanopartículas metálicas, las propiedades ópticas son de gran interés debido a que los plasmones en la superficie transforman la energía del campo electromagnético incidente en energía térmica y debido a que los plasmones están localizados permite que en algunas regiones el campo electromagnético aumente varias órdenes de magnitud, en comparación con el campo incidente, lo que permite que la energía alrededor de la nanopartícula aumente y así concentrar la energía en ciertas zonas de la nanopartícula, dependiendo de la morfología y así obtener un incremento térmico en estas zonas. Debido a que la energía está localizada en algunas zonas de la nanopartícula, se pueden realizar una gran variedad de morfologías que ayuden a que los plasmones de superficie viajen a lo largo de una estructura definida y con un arreglo estructurado de nanopartículas, se puede pensar que ciertas frecuencias de las ondas electromagnéticas, se vean favorecidas y viajen a través de un arreglo definido, estos dos características nos permiten desarrollar dispositivos que generen vapor a partir de la radiación solar o el aumento en la señal SERS (surface-enhanced Raman scattering). En este trabajo se realizará el estudio de la plasmónica de nanopartículas metálicas con morfologías y tamaños variables depositadas en soportes porosos, usando estos dos métodos, se desarrollará un material nanoestructurado que permitirá evaluar la aplicaciones que dependan de a respuesta plasmónica, con este diseño nanoestructurado obtendremos un absorbedor plasmónico, el cual será diseñado con nanopartículas de oro y plata, obtenidas por dos diferentes métodos de síntesis que permitan controlar su morfología y tamaño de las mismas. Estas nanopartículas serán depositadas sobre un soporte de óxido de aluminio el cual absorberá la radiación incidente y su evaluación será en tres diferentes rangos del espectro electromagnético, así como, su comportamiento cuando es expuesto a la radiación solar. Como resultado de este diseño de fácil fabricación, obtendremos un aumento en la temperatura del agua, que será nuestro líquido a calentar, después de ser irradiado por una fuente luz artificial y una fuente natural (Radiación Solar).