NANOANTENNE

1. NANOANTENNE Nanotecnologie nell’energia

2. Cosa sono? • Nuovo strumento che promette di rivoluzionare il nostro futuro energetico • Ancora in fase di sviluppo • Il progetto più promettente è quello della INL, un’azienda di materiali e ricerca statunitense NANOANTENNE

3. In breve la fisica: Le nanoantenne hanno un funzionamento molto simile a quello delle normali antenne per tv o cellulari Un’antenna è schematizzabile come un circuito RLC, che risuona a una certa frequenza Un campo magnetico genera corrente tramite la parte induttiva del circuito, questa corrente carica il condensatore che scaricandosi genera una corrente che carica l’induttore. Se il campo e’ generato da una specifica frequenza il circuito entra in risonanza, massimizzando la corrente sulla resistenza. Quindi un’antenna in risonanza può correttamente caricare la massima elettricità se configurata correttamente per un determinato campo magnetico. Schema circuitale equivalente di un’antenna a dipolo elettrico (emittente) NANOANTENNE

4. Principi delle Nanoantenne Flusso di corrente nell’antenna (il rosso rappresenta i valori più alti di campo elettrico) Schema circuitale di una nanoantenna NANOANTENNE

5. Progetto INL Strato superiore in metallo con forte conducibilità Strato di dielettrico Strato metallico riflettente Array di nanoantenne a forma di spirale Circa 260 milioni di antenne per un rettangolo di 30cm x 60cm NANOANTENNE

6. Radiazione infrarossa (IR) • Radiazione magnetica con frequenza inferiore a quella della luce visibile, ma maggiore di quella delle onde radio • Lunghezza d’onda compresa tra 700nm e 1mm • Associata al calore poiché i corpi “caldi” emettono spontaneamente radiazione in questa banda Utilizzi: Visione notturna tramite termografia (campo militare e civile) Pompieri per orientarsi in mezzo al fumo Trasmissione dati NANOANTENNE

7. Obiettivo: assorbire energia della radiazione infrarossa tramite nanoantenne • Energia rilasciata dalla terra sotto forma di calore • Sempre disponibile anche di notte e poco influenzata dalle variazioni climatiche (sole, pioggia, nuvole, vento) • Recupero energia dispersa con il calore dai processi industriali Forma e materiali scelti di conseguenza NANOANTENNE

8. Materiali utilizzati • Fili in oro Perche’ l’oro? • Ottimo conduttore anche a temperatura ambiente • Facile da depositare industrialmente • Non ossida facilmente • Costi comunque ridotti per via delle dimensioni (60 cent per un rettangolo di circa 30 cm x 60 cm) • Dielettico in silicio o polimeri • Costi ridotti • Facili da lavorare industrialmente • Praticamente trasparenti all’infrarosso NANOANTENNE

9. Dal punto di vista commerciale Svolta con l’utilizzo dei polimeri • Costi << rispetto al silicio • Stampa in serie con una matrice (simile alla normale stampa di giornale) NANOANTENNE

10. Scelta del polimero: Polietilene Il polietilene è un polimero costituito da lunghe catene, partendo da un altro polimero di base: l’etene o etilene Lunghe catene IbridizzazioneSP3 Famiglia degli alcheni Ibridizzazione SP2 NANOANTENNE

11. Struttura del polietilene Grazie al singolo legame C-C le catene sono libere di ruotare. A seconda del processo utilizzato e’ possibile creare un polietilene più cristallino o più amorfo, e quindi più stabile Catena polimerica in forma lamellare, con una parte nella regione amorfa Il polietilene lineare è praticamente cristallino al 100%. Ma il materiale ramificato non può formare blocchi cristallinici come il materiale lineare quindi è altamente amorfo NANOANTENNE

12. Caratteristiche del polietilene • Struttura polimerica cristallina o amorfa: materiale resistente o elastico • Termoplastico • Idrofobo • Resistenza agenti chimici • Isolamento elettrico e termico • Resistenza termica fino a -50°, +80° (ma è possibile ottenere risultati ancora migliori) • Costi ridottissimi NANOANTENNE

13. Vantaggi nanoantenne: • E’ possibile teoricamente caricare/emettere energia da/in tutte le frequenze dello spettro solare • Stampabile come fosse un foglio di giornale • Non strettamente dipendente dai materiali (è possibile utilizzare polimeri diversi per il dielettrico, e materiali come l’argento e l’alluminio al posto dell’oro) • Applicabile su superfici di qualunque grandezza, anche curve o tridimensionali • Adatto anche ad utilizzi all’aperto • Costi ridotti • Rendimento rivoluzionario (teoricamente fino al 92% nell’infrarosso, già raggiunto sperimentalmente l’80%) NANOANTENNE

14. Problema: rettificare l’energia A causa della frequenza dell’infrarosso nell’antenna si genera una corrente alternata con frequenza dell’ordine dei THz(10^12) Le applicazioni elettroniche moderne funzionano a 60 Hz Nanoraddrizzatore per convertire la corrente da alternata a continua Circuito che abbassi la corrente a frequenze utilizzabili Servirebbe un raddrizzatore 1000 volte più piccolo di quelli oggi in commercio! Oggi non ne esiste uno simile NANOANTENNE

15. Possibili utilizzi Applicazioni praticamente infinite: • Ipod, cellulari, portatili Recupero energia dispersa degli impianti industriali Perfino raffreddare una stanza… NANOANTENNE

16. Possibili utilizzi • Sostituzione celle fotovoltaiche Trasformazione radiazioni nocive Emettitori di luce Che altro..? NANOANTENNE

17. Per approfondimenti • Il paper originale della INL: Paper • Altri collegamenti utili: Sito ufficiale Inl Nanantennas_science Antenne e interferenza Risonanza I Risonanza II NANOANTENNE