Onderzoekers ontwikkelen lichtmolen

Een groep onderzoekers van de universiteit van Berkeley heeft een lichtmolen ontwikkeld die voldoende kracht genereert om nano-elektromechanische systemen aan te drijven. De wieken van de molen draaien door er licht op te laten schijnen.

De werking van de lichtmolens die de onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory en de Berkeley-universiteit van Californië hebben ontwikkeld, is vergelijkbaar met die van windmolens. Anders dan bij windmolens zorgt licht in plaats van wind voor de aandrijving van de wieken. De lichtmolens kunnen afhankelijk van de golflengte van het aangeboden licht links- of rechtsom draaien. De onderzoekers bouwden een gammadiun-vormige molen die bestaat uit vier lc-circuits. De resonantiefrequenties worden bepaald door de vorm en de diëlektrische eigenschappen van het metaal.

Door laserlicht met resonerende golflengtes op de lichtmolens te laten schijnen, kan het licht een impuls op de 'wieken' overdragen. Daarbij wordt dankzij het ontwerp van de gouden lichtmolens zowel het lineaire als het impulsmoment of hoekmoment van het licht benut. De lichtgolven resoneren met de plasmonen in het metaal van de gouden 'wieken', wat de krachtoverbrenging maximaliseert. Bovendien is het mogelijk de molens linksom of rechtsom te laten draaien door licht van verschillende golflengtes erop te laten schijnen. Met licht van 810nm draaien de molens tegen de klok in; licht van 1700nm laat ze met de klok mee draaien.

Door de plasmonische resonantie te benutten kunnen de lichtmolens vele malen kleiner worden gemaakt dan voorheen. Om een bruikbare hoeveelheid torsie te genereren, moesten windmolens micro- tot millimeters groot zijn. De nieuwe nanomolens meten slechts 100 nanometer in doorsnede en draaien rond met 0,3Hz. De lichtmolens kunnen worden gecombineerd om hun vermogens te bundelen. Ze kunnen dan onder meer worden gebruikt om grotere structuren, zoals een microdisk van silica, te laten draaien. Ook voor nano-elektromechanische systemen, een verkleining van mems, zijn de lichtmolens aantrekkelijk als energiebron.

Reacties (84)

En wat is daar het praktisch nut van?
Het lijkt me dat - doordat je er met lasers moet gaan op schieten - je meer energie verbruikt dan het opbrengt?

De laser wordt in dit geval vooral gebruikt om te experimenteren en theorien te bewijzen. In de "real world" toepassing zou de zon gewoon als lichtbron gebruikt kunnen worden.

Het voordeel van het gebruik van de laser is dat ze exact kunnen meten wat de gevolgen zijn van het varieren van de golflengte of de kracht. Dat wordt wat lastig als je de zon of gewoon een lamp gebruikt.

maar lijkt me ook dat de zon grofweg evenveel 810 als 1700 nm licht uitzend? dus dan staat het ding alsnog stil

Dat los je op met een filter
Althans, dat zou een mogelijke oplossing kunnen zijn

Maar dan kun je die laser wel als redelijk gerichte draadloze energiebron over een flinke afstand gebruiken.

Maar denk dat een laser wat overkill is voor de toepassingen hiervan, zoals in het artikel staat gaat het om het aandrijven van nano-elektromechanische systemen.

Galvanisch gescheiden zijn van bron en doel over grotere afstanden dan een magnetisch veld?

en draaien rond met 0,3Hz

Dit vind ik nou niet echt spectaculair...
1 keer ronddraaien per 3 seconden is nou niet echt energiewinning met zulke kleine molentjes.
Vooralsnog zijn gewone zonnepanelen efficienter vermoed ik, al is het natuurlijk goed dat er ook naar alternatieven wordt gezocht op energiewinning

Er is ook nog zoiets als soort stroom/spanning. Zonnepanelen gebruiken convertors (omvormers) om hun gelijkstroom/-spanning om te zetten in wisselstroom/-spanning. Het schijnt dat het bouwen van een goede convertor niet zo makkelijk is, omdat zo'n convertor vaak alleen maar een (bijna) perfect sinus-vormige ( zie hier: http://nl.wikipedia.org/wiki/Sinuso%C3%AFde ) spanning kan leveren, terwijl bijvoorbeeld bij een stofzuiger dat patroon heel anders is. Hierdoor gaat de convertor zichzelf uitschakelen om kortsluiting te voorkomen. Ik heb wel verhalen gehoord van mensen die slechts 10% van het theoretische vermogen haalden door dit probleem.
Windmolens hebben niet dit probleem omdat ze een generator gebruiken die van zichzelf al AC(alternating currents) levert en deze generator schakelt zich niet uit bij een nietperfecte stroomvraag. Als deze lichtmolens een vergelijkbare structuur krijgen hebben ze misschien een beter praktisch rendement dan PV-zonnecellen.

Volgens mij is het net andersom: het is moeilijker om met een inverter (de convertor waarover jij praat) een perfecte AC-spanning (dat is dus een perfecte sinus) op te wekken, het lijkt meer op een blokgolf; daarin zitten dus veel meer harmonischen waarmee heel wat apparaten geen blijf weten en zetten dus alles om in warmte (ofwel werken ze gewoon helemaal niet).

los van het feit dat de vergelijking met bronnen op macro-schaal al heel vreemd is;

een grote windmolen draait volgens mij ook iets van 1/3 Hz (of in die orde).... en een zonnepaneel draait al helemaal niet.

Ik neem aan dat als je commentaar hebt op de energiewinning je ook enig idee hebt van de grootte van de energiewinning? Ik ben er namelijk wel benieuwd naar.

Helaas weet ik niet genoeg van natuurkunde om te snappen of dit concept dan ook in het luchtledige werkt. Zo ja, dan zou het geweldig zijn om in de ruimte (in de toekomst) onze sattelieten en raketten oneindig van stroom te kunnen voorzien met dit soort molentjes

Het idee om met dmv licht een molen te draaien is al heel oud. "Vroegah" op school deed je daar zelfs experimenten mee.

T'is nu op een hele kleine schaal gemaakt, en nu kun je er ook zelf de lichtsterkte/frequentie mee bepalen.

Wat men "vroegah" op school deed was materialen met een lamp opwarmen en daarmee dingen aan het draaien brengen....

In dit geval gaat het echt puur om de energie van een photon om te zetten in beweging, het principe achter deze methode is niet te vergelijken met wat we "vroegah" deden.
Met de juiste opbouw en de juiste licht inval is de efficientie van deze methode ook vele malen hoger.

Volgens mij doelt hij op zo'n ding:
http://en.wikipedia.org/wiki/Crookes_radiometer
En dat werkt volgens mij toch ook gewoon met de kinetische energie van een foton, niet met de warmte (wat natuurlijk ook gewoon uit de energie van dat foton komt, maar goed).
Of ze dat op school nabouwen, dat weet ik niet... Hebben wij nooit gedaan maar ik ken het principe wel uit boekjes.

@Croga..... volgens mij heb jij in een ander "vroegah" geleefd

@finraniel...
Precies (thx voor het opzoeken). En, wij bouwde die dingen niet zelf, maar wel gebruikte we die in verschillende proef opstelling (...ik moet die ouderwetse schriften toch maar weer ś opzoeken) waarin we met verschillende soorten licht de rotatie moesten bepalen

Zo te zien wel, zelfs alleen maar beter omdat er dan geen wrijving is. Het probleem is alleen dat deze molentjes verschrikkelijk weinig energie opleveren, nooit genoeg om een hele satelliet mee aan te drijven. Dan zijn zonnepanelen of een zonnezeil waarschijnlijk geschikter.

Ik begrijp uit het artikel dat het dus als energie bron kan dienen , maar ik kan niet achterhalen wat de input t.o.v. van de output is?

Is er veel energiewinst ten opzichte van de lichtbron die er ingestoken wordt?
Of is de output nagenoeg gelijk?

Kan dit inderdaad op grotere schaal toegepast worden en niet alleen op micro-schaal? (waarschijnlijk vanwege de weerstand van grotere onderdelen natuurlijk niet, maar maybe bestaat er een kans?)

Als je praat over het gebruiken van zichtbaar licht om energie op te wekken dan is het rendement van minder belang. Het formaat en de kosten zijn vele malen belangrijker; tenslotte is je lichtbron (de zon) gratis.

Overigens zou ik niet hopen op energie winst.... Er kan nooit meer energie uit komen dan er in gestoken wordt. Tenslotte wordt de energie die photonen dragen gebruikt om het ding aan het draaien te brengen, die draaiing zal dus nooit energieker zijn dan die photonen.

[Reactie gewijzigd door Croga op 6 juli 2010 14:39]

het lijkt me onwaarschijnlijk dat je de frequenties van de fotonen in de zon kan schakelen, meer waarschijnlijk is dat er met een laser op wordt geschenen en dan is het rendement in ene weer wel van belang.

errrr.... het licht van de zon komt in alle frequenties.. De effectieve frequentie zal daar dus altijd een onderdeel van uit maken. Je hoeft dus niet te schakelen.

De laser wordt alleen gebruikt om dingen te bewijzen; de uiteindelijke praktijk uitvoering zal geen laser nodig hebben maar gewoon het beschikbare licht gebruiken (of althans; dat deel van het beschikbare licht wat in dit geval effectief is).

Zeer interessante ontwikkeling! Maar dit is alleen op micro schaal toe te passen?

@hakenkruis comments: een hakenkruis (http://goo.gl/Axqh) heeft zijn armen in de tegenovergestelde richting + onder een hoek van 45 graden gedraaid. Als je probeert grappig te zijn, doe het dan goed.

Op dit moment is het zelfs niet op micro schaal toe te passen, alleen op nano schaal...

De "lc-circuits" (eigenlijk: Split Ring Resonators aangezien LC circuits veel groter zijn) reageren op een bepaalde golflengte licht, afhankelijk van hun eigen formaat. Rond de 100 nanometer komen ze in het zichtbare spectrum. Maak de circuits groter of kleiner en er zal alleen ultraviolet (of nog erger) of infrarood (of nog erger) gebruikt kunnen worden. Naast het feit dat dat schadelijk is voor mensen, is het dan ook niet meer bruikbaar in alledaagse toepassingen.

Inderdaad. Dan lijkt het meer op een swastika zoals die al eeuwen in o.a. het hindoeïsme worden gebruikt. Zie ook http://nl.wikipedia.org/wiki/Swastika_(symbool)

Een hakenkruis en swastika zijn exact hetzelfde. Enige verschil is dat de Nazi's het symbool 45 graden draai(d)en. De armen wijzen meestal gewoon dezelfde kant op, maar het hindoe symbool wordt ook in spiegelbeeld gebruikt.
linkje

Als je dit op grote schaal toepast, kun je er dan ook een soort van zonnepanelen van maken ? Panelen die een hoger rendement hebben dan de huidige ?

Zowieso geen gek idee om op de bladen van Windmolens zonne-cellen te plaatsen.. * Falcon rent naar patentbureau

wat grappig is, de Swastika is van oorsprong een hinduistisch symbool voor het zonnewiel. En uitgerekend dat word als vorm voor een lichtmolen gebruikt.

het punt is alleen wel een beetje dat het in het artikel omschreven wordt als gammadiumvormig.

dit wil zeggen, een leeg kruis.


m.a.w. wat wij zien als een swastika, lijkt mij in werkelijk de leegte tussen de armen van de molen te zijn.

offtopic:
Wat een enorm gezeik over hakenkruizen

Het zou dus betekenen dat de (tot nu toe) ongelimiteerde lichtbron nog beter gebruikt kan worden, denk aan zonnecellen en dergelijke lichtmolentjes. Ben benieuwd wanneer de eerste lichtmolenpaneel op de markt komt.

http://www.youtube.com/watch?v=oh5DPC1zoUs

filmpje....