استطاع المهندسون في معهد جورجيا للتكنولوجيا تطوير جهاز جديد، باستخدام أنابيب الكربون النانومترية، بحيث تعمل بمثابة ثنائي (rectifier) وهوائي (Anntenna) بنفس الوقت بهدف التقاط الضوء الصادر من الشمس أو أي مصدر آخر وتحويله إلى تيار كهربائي مستمر، وسُمّي هذا الجهاز بالهوائي الثنائي (Rectenna).
تمكن الباحثون من القيام بذلك باستخدام تدريج نانومتري وبالاعتماد على أنابيب الكربون النانومترية متعددة الجدران، وبعض الثنائيات الصغيرة جداً المثبتة عليها. وبالنتيجة فإن الهوائي الثنائي يُوفّر لنا تقنية جديدة لأجهزة الاستشعار البصرية والتي يمكن أن تعمل دون الحاجة إلى نظام تبريد، ما يؤدي بنا في نهاية المطاف لطريقة جديدة جيدة لاستخدام الطاقة الشمسية.

بمجرد أن تصطدم موجات الضوء بالأنابيب الهوائية النانومترية، ستُنتج شحنة كهربائية تتحرك مُتذبذبة عبر الثنائيات المرتبطة بتلك الأنابيب، ويُولد فتح وإغلاق تلك الثنائيات عند السرعات العالية تيار كهربائي مستمر ذو قيمة صغيرة جداً، ويمكن باستخدام بلايين من هذه الهوائيات الثنائية إنتاج تيار ذو قيمة محسوسة، وعلى الرغم من الكفاءة التي أظهرتها هذه الأجهزة إلا أنها لا تزال دون واحد بالمائة من القيمة المأمولة، ويأمل الباحثون أن يتمكنوا من زيادة هذه الكفاءة من خلال تحسين بعض التقنيات، ويُعتقد بأن هذه الهوائيات الثنائية ستُصبح جاهزة للاستخدام التجاري في غضون عام.

يقول باراتوندي كولا (Baratunde Cola) وهو الأستاذ المُساعد في قسم الهندسة الميكانيكية بمعهد جورجيا للتكنولوجيا: ” من الممكن باستخدام الهوائيات الثنائية أن نُضاعف كفاءة الخلايا الشمسية ونُخفض سعرها عشر مرات أقل، وهذه فرصة جيدة لتغيير العالم بطريقة ما. ونتيجة للقوة التي تتمتع بها هذه التقنية عند العمل في درجات الحرارة العالية، فإننا قلقون من أنها قد تُستخدم بشكل تخريبي إذا وصلت الكفاءة إلى واحد بالمائة فقط “.
إن المعلومة المجهولة للجميع تقريباً هي تطوير هوائي ثنائي مماثل يعمل في نطاق أطوال موجية بعرض (10) ميكرومتر في الفترة ما بين العامين (1960) و (1970)، والنجاح الحالي هو نتاج أربعين عام من التطوير لجعل الهوائي قادراً على التعامل مع الأطوال الموجية للضوء، وقد واجه الباحثون في هذا الصدد العديد من التحديات، مثل الحاجة لتصغير الحجم حتى يصبح بالإمكان التقاط الأطوال الموجية للضوء، والحاجة لآلية لصناعة هوائي ثنائي صغير بشكل كافي وقادر على العمل بسرعة كافية لالتقاط الموجات الكهرومغناطيسية.

باستخدام أنابيب كربونية نانومترية من المعدن، وبفضل تقنية النانو المُستخدمة في الصناعة استطاع كولا وزملاؤه الثلاثة أشا شارما، وفيرندرا سينغ، وتوماس بوغر بناء أجهزة تعتمد على الطبيعة الموجية للضوء بدلًا من طبيعته الجسيمية، وقد اعتمد العلماء الأربعة في تطويرهم لهذه التقنية على عدد من التجارب المتتالية، واستخدموا أكثر من ألف جهاز للتحقق من قياس التيار والجهد لتأكيد وجود هذا الهوائي الذي كان مُتوقعاً من الناحية النظرية فقط، وقد تبين أن هذه الأجهزة تعمل في المجال الحراري بين درجتي (5-7) مئوية.
إن الهوائي الثنائي هو عبارة عن ثنائي وهوائي مرتبطين ببعضهم البعض، ولكن عند التعامل مع نطاق طيف ضوئي فإن يتحول إلى هوائي نانومتري مرتبط بثنائي معدني عازل ويُوضح كولا قائلًا: ” تتعلق كفاءة الجهاز بمدى قرب الهوائي من الثنائي، ولذلك فإن الهيكل المثالي يستخدم الهوائي كقطعة من معدن الثنائي نفسه، تماماً مثل تلك التي صنعناها “.
ويرى كولا أن نموذج الهوائي الثنائي قد بُني الآن بشكل مبدئي، وهناك العديد من الأفكار حول تطويره مثل تغيير نوع المادة المستخدمة، أو فتح أنابيب الكربون النانونية للسماح بتعدد قنوات التوصيل، أو من خلال الحد من مقاومة هيكل الجهاز نفسه.

إعداد :محمد أشرف
مراجعة :Michel Bakni
تصميم :Bothaina Mahmoud
المصدر : http://sc.egyres.com/GbvF1

#الباحثون_المصريون