บาคาร่าเว็บตรง แบตเตอรี่ควอนตัมเก็บเกี่ยวพลังงานจากแสง

บาคาร่าเว็บตรง ภาพแนวคิดของวงจรควอนตัม อนาคตแห่งการชาร์จ: แบตเตอรี่ที่ใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์ควอนตัมเพื่อชาร์จได้เร็วกว่าแบตเตอรี่ทั่วไปอาจมีการใช้งานในกล้องโทรศัพท์และอุปกรณ์ขนาดเล็กอื่นๆ ภาพถ่ายในโหมดกลางคืนของคุณอาจคมชัดขึ้นมากด้วยอุปกรณ์ใหม่ที่ใช้ประโยชน์จากกลไกควอนตัมเพื่อดูดซับโฟตอนอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เรียกว่าแบตเตอรี่ควอนตัม 

อุปกรณ์เก็บพลังงานของโฟตอนที่ถูกดูดกลืน

และสามารถชาร์จได้ง่ายๆ โดยการส่องแสงบนแบตเตอรี่ – ข่าวดีไม่เพียงสำหรับการถ่ายภาพด้วย iPhone ในสภาวะแสงน้อยเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งอาจใช้เทคโนโลยีที่คล้ายกันในการจับภาพ พลังงานของดวงอาทิตย์เร็วขึ้นมาก

ในสื่อปกติสำหรับเก็บพลังงาน เช่น แบตเตอรี่รถยนต์ เวลาในการชาร์จแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของขนาดแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม ผลกระทบทางกลควอนตัมทำให้สามารถสร้างระบบที่มีความสามารถในการดูดซับพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อมีขนาดใหญ่ขึ้น สิ่งนี้เรียกว่า superabsorption และทำให้นักวิจัยสามารถสร้างแบตเตอรี่ที่ชาร์จเร็วขึ้นเมื่อขนาดของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น

จับแสงระหว่างกระจก ในการศึกษาล่าสุดซึ่งอธิบายไว้ในScience Advancesนั้นJames Quachและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยแอดิเลด ประเทศออสเตรเลีย Politecnico di Milano และศูนย์วิจัยแห่งชาติ (CNR), อิตาลี; และมหาวิทยาลัย St Andrews, Sheffield และ Heriot-Watt ในสหราชอาณาจักรได้สร้างแบตเตอรี่ควอนตัมจากโมเลกุลของสีย้อมอินทรีย์ ซึ่งเป็นเครื่องหมายการค้าLumogen -F Orange โมเลกุลของสีย้อมประเภทนี้สามารถสร้างแบบจำลองให้เป็นระบบสองระดับที่มีประสิทธิภาพ โดยที่โมเลกุลมักจะอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งจากสองสถานะ ได้แก่ สถานะพื้นดินที่มีพลังงานน้อยที่สุด หรือสถานะตื่นเต้นที่มีพลังงานสูงกว่า หากแสงเลเซอร์ถูกยิงไปที่ความยาวคลื่นที่เหมาะสม โฟตอนอาจดูดซับโฟตอนและกระโดดไปยังสถานะตื่นเต้น

เพื่อให้แน่ใจว่าโมเลกุลของสีย้อมเหล่านี้

ดูดซับโฟตอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ นักวิจัยจึงระงับพวกมันในเมทริกซ์ของพอลิเมอร์ที่ไม่ทำปฏิกิริยาและวางไว้ในช่องที่ประกอบด้วยกระจกสองบาน เนื่องจากกระจกที่ใช้ในชีวิตประจำวัน (ซึ่งก็คือแผ่นกระจกที่เคลือบด้วยโลหะสะท้อนแสง) นั้นไม่สะท้อนแสงเพียงพอที่จะเก็บโฟตอนให้ติดอยู่ในโพรง ทีมงานจึงใช้วัสดุอิเล็กทริกสลับชั้นเพื่อสร้างอุปกรณ์ที่เรียกว่าตัวสะท้อนแสงแบรกก์

เมื่อลำแสงเลเซอร์ส่องเข้าไปในช่องที่มีการสะท้อนแสงสูงนี้ โมเลกุลของสีย้อมจะดูดซับโฟตอนและกระโดดเข้าสู่สภาวะตื่นเต้น ปริมาณพลังงานที่ดูดซับนั้นสามารถประมาณได้โดยการส่งลำแสงโพรบและเฝ้าติดตามว่าสะท้อนออกมามากน้อยเพียงใด: เมื่อถูกกระตุ้น โมเลกุลจะไม่สามารถดูดซับโฟตอนได้อีก ดังนั้นพวกมันจึงสะท้อนกลับ ดังนั้น การวัดความเข้มของแสงสะท้อนจะบอกจำนวนโมเลกุลของสีย้อมที่ตื่นเต้น และพลังงานที่แบตเตอรี่สีย้อมดูดซับไว้

ความเข้มข้นที่เหมาะสม

ในการวัดอัตราการชาร์จของแบตเตอรี่ กลุ่มต้องพัฒนาเทคนิคการวัดที่เร็วมากเพื่อชาร์จและสำรวจโพรงอย่างต่อเนื่องอย่างรวดเร็ว โดยใช้เวลาเพียง 10  –14วินาที นักวิจัยยังได้วัดคุณสมบัติการดูดซับของสีย้อมที่มีความเข้มข้นต่างกันในขณะที่รักษากำลังการชาร์จให้คงที่ อย่างน่าทึ่ง เวลาที่ใช้ในการชาร์จในโพรงลดลงเมื่อความเข้มข้นของสีย้อมเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าใช้เวลาน้อยกว่าในการชาร์จ โมเลกุล Nในโพรงขนาดเล็กกว่าการชาร์จN microcavities ที่มีโมเลกุลละหนึ่งโมเลกุล ปรากฏการณ์นี้ – ลายเซ็นของการดูดซึมยิ่งยวด – เกิดขึ้นเนื่องจากการพัวพันควอนตัมร่วมกันระหว่างโมเลกุลของสีย้อมช่วยให้พวกมันดักจับโฟตอนได้ดีกว่าโมเลกุลด้วยตัวของมันเอง

จากผลลัพธ์นี้ บางคนอาจสงสัยว่าจะสามารถสร้างแบตเตอรี่

ที่ชาร์จในทันทีโดยการเพิ่มความเข้มข้นของสีย้อมให้อยู่ในระดับสูงโดยพลการได้หรือไม่ น่าเสียดายที่โมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันและการเปลี่ยนแปลงของแสงที่ความเข้มข้นสูงมาก ทำให้แบตเตอรี่หลุดจากการดูดกลืนที่ยอดเยี่ยม ข้อเสียเปรียบอีกประการหนึ่งคือ เนื่องจากโมเลกุลของสีย้อมดูดซับพลังงานได้เร็วกว่า พวกมันจึงปล่อยมันเร็วขึ้นด้วย แม้ว่าการคายประจุอย่างรวดเร็วอาจเป็นสิ่งที่พึงปรารถนาสำหรับการใช้งานบางอย่าง เช่น การชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า แต่ไม่ดีสำหรับแบตเตอรี่ที่ควรเก็บพลังงานไว้เป็นเวลานานโดยไม่ทำให้เสียพลังงาน

ในกรณีนี้ เสียงรบกวนเข้ามาช่วย หากเสียงในอุปกรณ์ถูกต้อง วัฏจักรการดูดกลืนและการกระจายตัวสามารถถูกรบกวนได้เนื่องจากโมเลกุลของสีย้อมที่ตื่นเต้นจะนำทางไปยังสิ่งที่เรียกว่า “โหมดมืด” ซึ่งลดการปล่อยโฟตอนลงอย่างมาก

โพรงในกล้อง

แม้ว่าโมเลกุลของสีย้อมในการทดลองนี้จะดูดซับพลังงานได้ดี และคุณสามารถเก็บพลังงานไว้เล็กน้อยในโพรง แต่แบตเตอรี่ที่มีประโยชน์จะต้องสามารถดึงพลังงานออกจากโพรงก่อนจึงจะสามารถจ่ายไฟได้ เช่น โทรศัพท์มือถือ หรือนาฬิกาอัจฉริยะ หรือขนส่งพลังงานไปยังสถานที่ที่สามารถเก็บไว้ได้นาน ในการทำเช่นนี้ ทีมงานจะต้องเพิ่มส่วนประกอบเพิ่มเติมลงในช่องที่สามารถเคลื่อนย้ายสารกระตุ้นของสีย้อมภายนอก ในรูปของกระแสไฟฟ้า “ในขณะนี้ อุปกรณ์พิสูจน์หลักการที่เราทำยังคงมีขนาดเล็ก และการชาร์จเกิดขึ้นกับแสง ดังนั้น การใช้งานทันทีจะต้องทำงานกับข้อจำกัดเหล่านั้น” Quach กล่าว เนื่องจากการดูดซึมยิ่งยวดเป็นปรากฏการณ์ทางกลของควอนตัมทั่วไป เขาจึงกล่าวเสริม มันจึงอาจปรากฏในระบบอื่นๆ ด้วยเช่นกัน แผนภาพของแบตเตอรี่ควอนตัม แบตเตอรี่ควอนตัมสามารถเพิ่มขึ้นจากการพัวพัน

การประยุกต์ใช้แบตเตอรีควอนตัมแบบโพรงในระยะเวลาอันใกล้คือการปรับปรุงการจับพลังงานแสงน้อยในเซลล์สุริยะที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์และกล้อง อย่างไรก็ตาม ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำก่อนที่เราจะสามารถใช้ superabsorption ภายนอกห้องปฏิบัติการได้อย่างน่าเชื่อถือ ตัวอย่างเช่น โซลาร์เซลล์และกล้องในปัจจุบันสามารถเก็บพลังงานได้หลากหลายช่วงความยาวคลื่น แต่แบตเตอรี่ควอนตัมที่แสดงในการทดลองนี้สามารถดูดซับแสงที่ความถี่เฉพาะเท่านั้น Quach กล่าวว่าเขาและเพื่อนร่วมงานมองโลกในแง่ดีว่าพวกเขาสามารถขยายขนาดระบบได้ และพวกเขากำลังมองหาวิธีจัดเก็บและถ่ายโอนพลังงาน โดยมีเป้าหมายในการผลิตอุปกรณ์ที่สามารถรวมเข้ากับเทคโนโลยีที่มีอยู่ได้อย่างง่ายดาย

จากแบบจำลองมาตรฐาน ส่วนหนึ่งเป็นเพราะมันเป็นแรงเดียวที่ทราบว่าละเมิดสมมาตรของประจุ-พาริตี หากอนุภาคในกระบวนการถูกแลกเปลี่ยนกับปฏิปักษ์ของพวกมัน และพิกัดเชิงพื้นที่กลับด้าน การโต้ตอบที่อ่อนแอในกระบวนการสร้างภาพสะท้อนในกระจกจะไม่เหมือนกันเสมอไป ปริศนานี้ไม่ได้อธิบายไว้ในแบบจำลองมาตรฐาน บาคาร่าเว็บตรง