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Chauffage solaire de l’eau hautement efficace grâce aux nanoparticules – ScienceDaily

Une équipe de recherche au Japon a découvert par des calculs numériques que les nitrures et les nanoparticules de métaux de transition absorbent très efficacement la lumière du soleil et a confirmé expérimentalement que les nanoparticules de nitrure, lorsqu’elles sont dispersées dans l’eau, augmentent rapidement la température de l’eau.

L’équipe de recherche de Satoshi Ishii, un scientifique de MANA, et Tadaaki Nagao, chefs de groupe, Nano-System Photonics Group, International Center for Nanoarchitectonics of Materials (MANA), National Institute of Materials Science (NIMS), a découvert par des calculs numériques que les nanoparticules de métaux de transition et les carbures absorbent très efficacement la lumière du soleil et ont confirmé expérimentalement que les nanoparticules de nitrure, lorsqu’elles sont dispersées dans l’eau, augmentent rapidement la température de l’eau. Ces nanoparticules peuvent être utilisées pour chauffer et distiller l’eau en utilisant efficacement la lumière du soleil.

La lumière du soleil est l’une des énergies renouvelables les plus prometteuses. Des exemples d’utilisation de la lumière du soleil sont la production d’électricité par des cellules solaires et le chauffage de l’eau par conversion photothermique, un processus dans lequel la lumière du soleil absorbée est convertie en chaleur. Le chauffage de l’eau et de l’air représente 55% de la consommation énergétique des ménages. Si la lumière du soleil peut être convertie en chaleur de manière très efficace, il est possible de chauffer l’eau et l’air sans utiliser d’électricité, ce qui entraîne une réduction des émissions de dioxyde de carbone. L’absorption de la lumière du soleil au moyen de panneaux solaires conventionnels et de tubes collecteurs de chaleur entraîne une perte de chaleur par conductivité. Pour cette raison, l’attention est attirée sur les nanoparticules qui peuvent chauffer directement les milieux, y compris l’eau lorsqu’ils sont dispersés dans les milieux.

Récemment, l’équipe de recherche et Naoto Umezawa, chercheur principal, Groupe des matériaux catalytiques, Département des matériaux de réhabilitation environnementale, Département des matériaux environnementaux et énergétiques, NIMS, ont conjointement effectué des calculs de premier principe pour rechercher et évaluer des matériaux nanoparticulaires adaptés à la conversion photothermique. propriétés physiques. . En conséquence, l’équipe a constaté que les nitrures et les carbures de métaux de transition, qui sont en céramique, absorbent très efficacement la lumière du soleil. De plus, après avoir sélectionné le nitrure de titane (TiN) parmi un grand nombre de nitrures de métaux de transition, l’équipe a dispersé les nanoparticules de TiN dans l’eau et appliqué la lumière du soleil sur la solution aqueuse. Dans cette expérience, l’équipe a confirmé que les nanoparticules convertissaient la lumière du soleil en chaleur avec un rendement élevé de près de 90%. Étant donné que les nanoparticules de TiN présentent des résonances plasmoniques à large bande, leur efficacité d’absorption de la lumière du soleil est probablement supérieure à celle des nanoparticules d’or et de carbone par nanoparticule. Dans les études futures, l’équipe prévoit d’appliquer ces résultats au chauffage par le sol, au chauffage de l’eau et à la distillation des eaux usées et de l’eau de mer. En plus de ces projets, l’équipe travaille également sur d’autres applications des nanoparticules, telles que le développement de matériaux hybrides entre polymères et nanoparticules, et sur l’étude des réactions chimiques médiées par les nanoparticules.

Cette recherche a été menée dans le cadre de l’étude « Electromagnetic Field Control Interface and the Use of Thermal Energy in a Ceramic Heterolayer » (chercheur principal: Tadaaki Nagao) dans le domaine de recherche « Phase Interface Science for High Energy Efficiency » (directeur de recherche: Katsunori Hanamura soutenu par les programmes de recherche fondamentale stratégique (CREST) ​​de JST.

Source de l’histoire:

Matériel fourni Institut national des sciences des matériaux. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.