گفتگو با پروفسور پاول مك اين از دانشگاه كورنل
ردپاي نانولولههاي كربني را بتدريج در هر جايي ميبينيم. از بدنه نسل جديد فضاپيماها و سيستمهاي فوق مدرن حملونقل هوايي و زيردريايي گرفته تا سيستمهاي نوين محاسباتي، استفاده از نانولولههاي كربني تحول گستردهاي در فناوريهاي رايج ايجاد كرده است. استفاده از نانولولههاي كربني در طراحي و ساخت نسل جديد صفحات خورشيدي را ميتوان به جرا‡ت يكي از جاهطلبانهترين تلاشهاي علمي بشر در سالهاي اخير دانست كه بتدريج به واقعيت تبديل ميشود. بتازگي گروهي از محققان در دانشگاه كورنل و با توجه به نواقص موجود در فناوري فعلي توليد صفحات خورشيدي تلاش گستردهاي را براي استفاده از نانولولههاي كربني در ساختار صفحات خورشيدي آغاز كردهاند، به اين اميد كه راندمان توليد انرژي الكتريكي در آنها به طرز قابل توجهي افزايش پيدا كند. پروفسور پاول مك اين كه ازجمله دانشمندان برجسته علوم فيزيك در آمريكا به شمار ميآيد در صدر اين تلاش قرار دارد. وي در گفتگوي اخير خود با سيب به بررسي چگونگي استفاده از فناوري نانو در توليد نسل جديد صفحات خورشيدي و مزاياي آن پرداخته است.
در حال حاضر سيليكون تنها مادهاي است كه از آن براي ساخت صفحات خورشيدي استفاده ميشود، اما به نظر ميرسد استفاده از اين ماده با موانع جدي همراه است. مشكل اصلي استفاده از سيليكون چيست؟
سيليكون ماده ارزشمندي است كه در طيف گستردهاي از صنايع جنبه كاربردي پيدا كرده است. اما همانطور كه گفتيد استفاده از اين ماده همواره با مشكلات و انتقاداتي همراه بوده است كه از آن جمله ميتوان بهگرانقيمت بودن آن اشاره كرد اما زماني كه صحبت از استفاده از اين ماده در صنايع ساخت صفحات خورشيدي ميشود، نواقص اين ماده بيش از هر زمان ديگري نمايان ميشود. بررسيها نشان ميدهند كه با استفاده از سيليكون راندمان جذب پرتوهاي خورشيدي و توليد انرژي پاك الكتريسيته از آن چندان مطلوب نخواهد بود اما استفاده از نانولولههاي كربني اين مشكل را برطرف كرده است.
و اين مشكل چگونه برطرف شده است؟
دقت كنيد كه ما فناوري نانو را كه تاكنون در عرصههاي گوناگوني گسترش يافته است وارد عرصهاي كردهايم كه ميتواند تأثير خيرهكنندهاي بر وضعيت مصرف انرژي در جهان داشته باشد. ما با استفاده از اين فناوري سلول خورشيدي توليد كردهايم كه البته هنوز در مراحل ابتدايي خود قرار دارد اما ميتوان به آن به عنوان شروعي اميدواركننده براي آينده و دستيابي به فناوري ساخت نسل جديدي از سلولهاي خورشيدي با راندمان كاري بالاتر نگاه كرد. ما نام ديود نوري را روي آن گذاشتهايم.
مبناي كار شما در اين فناوري چه چيزي بوده است؟ به عبارت ديگر به سراغ چه مادهاي رفتهايد؟
اين سلول خورشيدي دربرگيرنده نانولوله كربني تك جدارهاي است كه از جنس گرافن بوده و در مقايسه با ساير سلولهاي خورشيدي موجود از مزاياي قابل توجهي برخوردار است. ما در اين فناوري با ابعاد بسيار كوچكي سروكار داريم، ابعادي در حدود مولكول.DNA ما در اين پروژه از تلاشهاي قبلي دانشمندان در توليد ساختار ترانزيستوري الهام گرفتهايم كه با استفاده از نانولولههاي كربني ارائه شده است.
چگونه به قابليت بالاي نانولولههاي كربني در جذب انرژي نور پي بردهايد؟
ما براي اين كار به سراغ پرتوهاي ليزري رفتيم و با تاباندن آنها بر روي اين نانولوله متوجه شديم كه اين ماده قابليت خيرهكنندهاي در جذب انرژي فوتونهاي نوري دارد كه اين خود ارتباط كاملا مستقيمي با توليد حجم بالاتري از جريان الكتريكي دارد.
به نظر ميرسد ايده جديد شما به ايجاد تحولي بزرگ در صنايع مختلف تبديل خواهد شد. چه برنامهاي براي توسعه آن داريد؟
صحبت كردن از استفاده تجاري از چنين فناوري هنوز خيلي زود است با اين حال نسبت به آينده خيلي خوشبين شدهايم. اگر نگاهي دقيق به فناوريهاي مرتبط با نانو داشته باشيد متوجه ميشويد كه بسياري از اين فناوريها به رغم آنكه سالها از معرفيشدنشان ميگذرد، هنوز در مراحل آزمايشگاهي باقي ماندهاند. بدون ترديد توسعه فناوري همچون صفحات خورشيدي ساخته شده از نانولولههاي كربني نيازمند توسعه ساير فناوريهاي مرتبط است و البته قبول كنيد كه هنوز در مراحل بسيار ابتدايي اين فرآيند قرار داريم.
يكي از مهمترين موانع جدي در مسير ساخت و توسعه استفاده از سلولهاي خورشيدي، خنك نگاه داشتن آنهاست. در اين خصوص چه برنامهاي براي فناوري جديدي كه ارائه كردهايد، داريد؟
نكته اصلي دقيقا همين جاست كه در صفحات خورشيدي از اين دست تقريبا گرماي زائدي توليد نميشود كه براي خنككردن سيستم مجبور باشيم از سيستمهاي خنككننده استفاده كنيم. اين خود يك امتياز قابل توجه محسوب ميشود كه نتيجه آن صرفهجويي قابل توجه در مصرف و هدر رفتن انرژي است.
مزيت اصلي فناوري نويني كه ارائه كردهايد در مقايسه با سلولهاي خورشيدي موجود در چيست؟
مطالعات ما نشان دادهاند كه در صفحات خورشيدي كه با استفاده از نانولولههاي كربني توليد ميشوند، حجم بيشتري از جريان الكتريكي توليد ميشود. اما اكنون اين پرسش مطرح ميشود كه چگونه؟ اين فرآيند كمي پيچيده است اما به زبان ساده ميتوان گفت كه در نانولولههاي كربني الكترونها در جريان هستند و اين امكان را دارند كه الكترونهاي بيشتري را توليد كنند كه البته اين همه صرفا به واسطه انرژي بيشتري است كه از پرتوهاي خورشيدي دريافت ميشود.
چه موارد كاربردي را براي اين نوع سلولهاي خورشيدي جديد متصور شدهايد؟
استفاده از اين نوع سلولهاي خورشيدي هيچ محدوديتي را شامل نميشود و جالب اين است كه برخلاف سلولهاي خورشيدي فعلي كه به دليل برخي محدوديتها در برخي نقاط قابل استفاده نيستند، ميتوان از آنها در طيف گستردهاي از موارد نظير ماشين حسابهاي حساس خورشيدي نيز استفاده كرد.
در اين پروژه با چه محققان، دانشگاهها و مراكز تحقيقاتي در همكاري نزديك بودهايد؟
اين يك تلاش بينالمللي و همهجانبه بوده است كه مزاياي آن نيز براي همه خواهد بود. در اين پروژه محققاني از دانشگاه آلبرتا و ميشيگان نيز حضور داشتهاند. البته محققاني كه در اين پروژه حضور داشتهاند در زمينههاي مختلفي ازجمله الكترونيك و مهندسي مواد تخصص داشتهاند.
آينده اين فناوري را چگونه ميبينيد؟
با توجه به توسعه خيرهكننده طيف گستردهاي از فناوريها، چارهاي جز استفاده از ايدههايي همچون سلولهاي خورشيدي توليد شده با استفاده از فناوري نانو نداريم. البته اين تنها بخشي از يك تلاش بزرگ و همهگير جهاني است.
پروفسور مك اين در يك نگاه
پروفسور مك اين در سال 1963 در اكلاهماي آمريكا چشم به جهان گشود. وي كه به عنوان يك فيزيكدان برجسته شناخته ميشود مدرك كارشناسي ارشد خود را در رشته فيزيك مهندسي در سال 1985 از دانشگاه اكلاهما اخذ كرد. در سال 1991 مدرك دكتري خود را در رشته فيزيك كاربردي از دانشگاه يل كسب كرده و با حضور در دانشگاه MIT مقطع پسا دكتري را سپري كرد. همچنين از سال 2001 ميلادي به اين سو در دانشگاه كورنل و به عنوان استاد علوم فيزيك مشغول به فعاليت است. از وي به عنوان يكي از سرشناسترين صاحبنظران در زمينه نانولولههاي كربني ياد ميشود. پروفسور مك اين با مراكز تحقيقاتي فيزيك آمريكا ازجمله اداره تحقيقات دريايي و جامعه فيزيك اين كشور نيز همكاري نزديكي دارد.
www.jamejamonline.ir |