دستاورد محققان ایرانی در افزایش بازده سیستم‌های گرمایشی خورشیدی به کمک سطوح نانوساختار

انرژی خورشیدی به طور فراوان در دسترس است و می‌تواند به عنوان یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر جایگزین سوخت‌های فسیلی شود. به عنوان مثال استفاده از انرژی خورشید در قالب حرارت جذب شده می‌تواند در سیستم‌های نوری- حرارتی به کار گرفته شود. مهم‌ترین قسمت این تجهیزات بخش جذب کننده‌ نور آن است که نیاز به یک سطح جاذب سیاه دارد. برای تصور یک سطح جاذب به سادگی می‌توان یک شیء رنگی تیره را در آفتاب تابستان در نظر گرفت که با گذشت زمان می‌تواند از جذب نور خورشید بسیار داغ شود.

به گفته‌ فاطمه ابراهیمی مجری طرح، هدف از این کار پژوهشی ساخت یک سطح جاذب سیاه با خواص بهینه به منظور کاربرد در کلکتورهای خورشیدی بوده است. این بخش توسط رسوب دهی یک فیلم نانوساختار روی زیرلایه‌های فلزی ایجاد شده است.

درصورت دستیابی به تولید این سطوح در مقیاس صنعتی می‌توان از آن‌ها در شرکت‌ها‌ی تولیدکننده‌ آبگرمکن و حمام خورشیدی و سیستم‌های گرمایشی ساختمان استفاده کرد.

ابراهیمی در ادامه افزود: «پوشش‌های الکترولس نیکل- فسفر سیاه، دارای خواص نوری مطلوب و در نتیجه کاربرد گسترده در زمینه‌ کلکتورهای نوری هستند. به همین دلیل در این طرح سعی در بهینه‌سازی این پوشش‌ها شد. در این راستا سطوح نانوساختاری سنتز شد که با افزایش میزان جذب و کاهش نشر، راندمان کاری سیستم‌های خورشیدی را افزایش می‌دهد.»

به گفته‌ این محقق، برای بیشینه ساختن کارایی کلکتورها، صفحات جاذب باید منتخب طیفی باشند. به عبارتی جذب بالایی در ناحیه‌ نور خورشیدی (2/5-0/3 میکرومتر) و نشر پایین در ناحیه‌ اشعه‌ مادون قرمز (25-2/5 میکرومتر) داشته باشند. صفحات تولید شده در این کار به خوبی از این ویژگی برخوردارند.

در این کار تحقیقاتی برای دستیابی به این خصوصیت، پس از آماده سازی اولیه سطح آلومینیوم، پوشش الکترولس نیکل- فسفر سیاه و پوشش آندایز سیاه بر روی آن‌ها قرار گرفت. در ادامه جهت بهینه سازی پوشش دو لایه‌ نانوساختار آلومینا و نیکل- فسفر به وسیله‌ فرایند آندایز، لایه‌ نانومتخلخل آلومینایی با ضخامت‌های مختلف روی سطح اولیه‌ نمونه‌ها تشکیل شد. سپس نمونه‌ها در حمام الکترولس قرار گرفتند تا پوشش دوم روی نمونه‌ها تشکیل شود. ساختار سطوح جاذب نهایی به کمک آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش پرتو X و آزمون EDS مورد ارزیابی قرار گرفته است.

این تحقیقات حاصل همکاری فاطمه ابراهیمی- دانشجوی دکترای نانو مواد از دانشگاه صنعتی اصفهان- سعید شیرمحمدی یزدی، مهدی حسینی نجف آبادی- دانش آموختگان کارشناسی ارشد- و پروفسور سید فخرالدین اشرفی زاده- عضو هیأت علمی این دانشگاه- است که نتایج آن در مجله‌ Thin Solid Films (جلد 592، بخش A، سال 2015، صفحات 88 تا 93) منتشر شده است.