Учёные сделали важный шаг вперёд в области солнечной энергетики, создав новый материал, способный с беспрецедентной эффективностью напрямую преобразовывать солнечный свет в тепло. Речь идёт о тонкоплёночных покрытиях на основе оксида титана в специфической фазе Ti₄O₇, которые могут привести к прорывам в таких сферах, как энергоэффективное строительство, опреснение воды и производство экологичного топлива.
Как отметил профессор Май Али Эль Хакани, руководивший исследованием, особый интерес представляет возможность создания фототермических покрытий на достаточно больших поверхностях. Это открывает перспективы для пассивного опреснения воды с использованием исключительно солнечного света — в отличие от традиционных методов, таких как обратный осмос, которые требуют значительных энергозатрат.
Преодоление ограничений традиционного производства Ti₄O₇
Исследование проводилось в Национальном институте научных исследований (INRS) в Канаде. Учёные сосредоточились на устранении недостатков, связанных с классическими методами получения Ti₄O₇ — так называемой фазы Магнели, обладающей уникальными электрическими и химическими свойствами. Несмотря на её высокий потенциал, применение материала ограничивалось сложностью получения чистой фазы и контроля за её структурой.
«Обычно Ti₄O₇ синтезируют методом термического восстановления в порошкообразной форме, — пояснил аспирант Лоик Пишон, первый автор публикации. — Однако такие методы не позволяют точно контролировать состав и наноструктуру, что сказывается на его проводимости и форме применения».
Применение плазменных технологий
Чтобы решить эти проблемы, команда профессора Эль Хакани использовала метод магнетронного распыления — популярную в микроэлектронике технику осаждения тонких плёнок. Это позволило наносить покрытия толщиной всего в несколько сотен нанометров на самые разные поверхности — металл, кремний, стекло.
«Такие покрытия радикально меняют свойства поверхности, будь то металлическая пластина, кремниевый чип или стекло», — подчеркнул профессор, специализирующийся на плазменно-лазерных технологиях.
По словам учёных, полученные покрытия могут быть использованы в самых разных отраслях. Одно из ключевых направлений — создание анодов для очистки воды от трудноразлагаемых загрязнителей. Благодаря высокой электропроводности и стойкости к коррозии, Ti₄O₇ отлично подходит для таких задач.
Кроме того, материал может применяться в производстве водорода и аммиака, а также в разработке «умных» окон с подогревом — энергоэффективного решения для жилых и коммерческих зданий.
«Наши результаты позволили впервые установить фундаментальную связь между способностью Ti₄O₇ поглощать свет и его эффективностью в преобразовании солнечной энергии», — подытожил профессор Эль Хакани.
Этот прорыв может стать основой для более эффективного использования солнечной энергии и внедрения устойчивых технологических решений в самых разных сферах.
