INL researcher Steven Novack holds a plastic sheet of nanoantenna arrays, created by embossing the antenna structure and depositing a conductive metal in the pattern. Each square contains roughly 260 million antennas. Nanotechnology R&D usually occurs on the centimeter scale, but this INL-patented manufacturing process demonstrates nano-scale features can be produced on a larger scale.
INL 研究者スティーブンNovackは1枚のプラスチックnanoantenna配列を持ちます。そして、アンテナ構造に浮彫りして、パターンで導電性金属を沈澱させることによってつくられます。各々の正方形は、およそ2億6000万のアンテナを含みます。微小工学研究開発は通常センチメートルスケールに起こります、しかし、このINL特許を受けた製造プロセスはナノスケール機能がより大きなスケールで生じられることができることを証明します。
An array of nanoantennas, printed in gold and imaged with a scanning electron microscope. The deposited wire is roughly a thousand atoms thick. A flexible panel of interconnected nanoantennas may one day replace heavy, expensive solar panels.
多数のnanoantennas（金で印刷されて、走査型電子顕微鏡で像を造られる）。預けられた針金は、厚くおよそ1000の原子です。相互に連結したnanoantennasの柔軟なパネルは、ある日、重い、高価な太陽電池板にとって代わるかもしれません。
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ソース：http://www.inl.gov/featurestories/2007-12-17.shtml
Harvesting the sun's energy with antennas
アンテナで太陽のエネルギーを集めること
By Rachel Courtland, INL science writer
レイチェルコートランド（INL科学ライター）によって
INL researcher Steven Novack holds a plastic sheet of nanoantenna arrays, created by embossing the antenna structure and depositing a conductive metal in the pattern. Each square contains roughly 260 million antennas. Nanotechnology R&D usually occurs on the centimeter scale, but this INL-patented manufacturing process demonstrates nano-scale features can be produced on a larger scale.
INL 研究者スティーブンNovackは1枚のプラスチックnanoantenna配列を持ちます。そして、アンテナ構造に浮彫りして、パターンで導電性金属を沈澱させることによってつくられます。各々の正方形は、およそ2億6000万のアンテナを含みます。微小工学研究開発は通常センチメートルスケールに起こります、しかし、このINL特許を受けた製造プロセスはナノスケール機能がより大きなスケールで生じられることができることを証明します。
Researchers at Idaho National Laboratory, along with partners at Microcontinuum Inc. (Cambridge, MA) and Patrick Pinhero of the University of Missouri, are developing a novel way to collect energy from the sun with a technology that could potentially cost pennies a yard, be imprinted on flexible materials and still draw energy after the sun has set.
アイダホ国立研究所の研究者は、Microcontinuum社（ケンブリッジ、MA）のパートナーとミズーリ大学のパトリックPinheroとともに、太陽が固まったあと、潜在的にペニーに1ヤードを要することができて、柔軟な材料に押されることができて、まだエネルギーを引き出すことができたテクノロジーで太陽からエネルギーを集める新しい方法を開発しています。
The new approach, which garnered two 2007 Nano50 awards, uses a special manufacturing process to stamp tiny square spirals of conducting metal onto a sheet of plastic. Each interlocking spiral "nanoantenna" is as wide as 1/25 the diameter of a human hair.
新しいアプローチ（それは2 2007年のNano50賞を得ました）は、1枚のプラスチックの上へ金属を実行する小さい四角い螺旋に印を押すために、特別な製造プロセスを使用します。各々の連動している螺旋「nanoantenna」は、1/25と同じくらい広く、人間の髪の直径です。
Because of their size, the nanoantennas absorb energy in the infrared part of the spectrum, just outside the range of what is visible to the eye. The sun radiates a lot of infrared energy, some of which is soaked up by the earth and later released as radiation for hours after sunset. Nanoantennas can take in energy from both sunlight and the earth's heat, with higher efficiency than conventional solar cells.
彼らのサイズのため、ちょうど見たところでは見えることの範囲の外で、nanoantennasはエネルギーをスペクトルの赤外線の一部に吸収します。太陽は多くの赤外線のエネルギーを発します。そして、その幾つかは地球のそばに吸収されて、日暮れの後の時間の間の放射線として後でリリースされます。従来の太陽電池より高い効率で、Nanoantennasは日光と地球の熱からエネルギーを理解することができます。
"I think these antennas really have the potential to replace traditional solar panels," says physicist Steven Novack, who spoke about the technology in November at the National Nano Engineering Conference in Boston.
「私は、これらのアンテナには従来の太陽電池板を交換するために本当に可能性があると思います」と、物理学者スティーブンNovackが言います。そして、その人はボストンでナショナルナノEngineering会議で11月にテクノロジーについて話しました。
Taking antennas to the atomic level
アンテナを原子レベルへ持っていくこと
The miniscule circuits absorb energy just like the antenna on your television or in your cell phone. All antennas work by resonance, the same self-reinforcing physical phenomenon that allows a high note to shatter glass. Radio and television antennas must be large because of the wavelength of energy they need to pick up. In theory, making antennas that can absorb electromagnetic radiation closer to what we can see is simple: just engineer a smaller antenna.
非常に小さい回路は、あなたのテレビで、または、あなたの携帯電話でまるでアンテナのようなエネルギーを吸収します。すべてのアンテナは響きによって動きます。そして、同じことが高音をガラスを粉々にさせる身体的な現象を自己補強します。エネルギーの波長で彼らがよくなる必要があるので、ラジオとテレビアンテナは大きくなければなりません。理論的には、我々が見ることができるものにより近い電磁放射を吸収することができるアンテナを製造することは、単純です：ちょっとより小さなアンテナを設計してください。
But finding an efficient way to stamp out arrays of atom-scale spirals took a number of years. "It's not that this concept is new," Novack says, "but the boom in nanotechnology is what has really made this possible." The INL team envisions the antennas might one day be produced like foil or plastic wrap on roll-to-roll machinery. So far, they have demonstrated the imprinting process with six-inch circular stamps, each holding more than 10 million antennas.
しかし、原子-スケール螺旋の配列を根絶する効率的な方法を見つけることは、いくつかの年をとりました。「それは、この概念が新しいということでありません」、Novackは言います、「しかし、微小工学の好況は、これを本当に可能にしたことです。」、INLチームは、アンテナがある日ロールへのロール機械でホイルまたはラップのように生産されるかもしれないと想像します。これまで、彼らは6インチの円形の切手で押しているプロセスを示しました。そして、各々が1000万以上のアンテナを持ちました。
It wasn't immediately obvious the structures might be used for solar power. At first, the researchers considered pairing the antennas with conventional solar cells to make them more efficient. "Then we thought to start from scratch," Novack says. "We realized we could make the antennas into their own energy harvesters."
構造が太陽エネルギーのために使われるかもしれないことは、すぐに明らかでありませんでした。最初は、研究者は彼らをより効率的にするために従来の太陽電池でアンテナを対にすることを考えました。「それから、我々はゼロから出発しようと思いました」と、Novackが言います。「我々は、我々がアンテナを彼ら自身のエネルギー収穫者にすることができると理解しました。」
An economical alternative
経済的な選択肢
Commercial solar panels usually transform less that 20 percent of the usable energy that strikes them into electricity. Each cell is made of silicon and doped with exotic elements to boost its efficiency. "The supply of processed silicon is lagging, and they only get more expensive," Novack says. He hopes solar nanoantennas will be a more efficient and sustainable alternative.
商業的な太陽電池板は、通常、電気に彼らを突き刺す使えるエネルギーのその20パーセントをより変換しません。各々の細胞は、その効率を押し上げるためにシリコンでできていて、エキゾチックな要素で麻薬中毒です。「加工されたシリコンの供給は遅れています、そして、彼らはより費用がかかるようになるだけです」と、Novackが言います。彼は、太陽のnanoantennasがより効率的で持続可能な選択肢であることを望みます。
The team estimates individual nanoantennas can absorb close to 80 percent of the available energy. The circuits themselves can be made of a number of different conducting metals, and the nanoantennas can be printed on thin, flexible materials like polyethylene, a plastic that's commonly used in bags and plastic wrap. In fact, the team first printed antennas on plastic bags used to deliver the Wall Street Journal, because they had just the right thickness.
チームは、個々のnanoantennasが利用できるエネルギーの約80パーセントを吸収することができると見積もります。回路自体はいくつかの異なる導電金属でできていることがありえます、そして、nanoantennasはポリエチレン（バッグとラップで一般的に用いられるプラスチック）のような薄い、柔軟な資料に印刷されることができます。実際、彼らがまさに正常な厚みを持ったので、チームは最初にアンテナをウォールストリートジャーナルを届けるのに用いられるビニール袋に印刷しました。
By focusing on readily available materials and rapid manufacturing from inception, Novack says, the aim is to make nanoantenna arrays as cheap as inexpensive carpet.
初めからすぐに利用できる材料と迅速な製造に集中することによって ― Novackが、言う ― 狙いは、nanoantenna配列を安価なカーペットと同じくらい安くすることです。
Fine-tuning fine structures
微細構造を微調整すること
The real trick to making the solar nanoantenna panels is to be able to predict their properties and perfect their design before printing them in the factory. While it is relatively easy to work out the physics of one resonating antenna, complex interactions start to happen when multiple antennas are combined. When hit with the right frequency of infrared light, the antennas also produce high-energy electromagnetic fields that can have unexpected effects on the materials.
太陽のnanoantenna制御盤を作ることへの本当のトリックは、彼らの特性を予測して、彼らを工場で印刷する前に彼らのデザインを仕上げることができることです。1つの共鳴しているアンテナの物理学を解くことが比較的簡単な間、複数のアンテナが結合されるとき、複雑なインタラクションは起こり始めます。赤外線明りの正常な振動数で打たれるとき、アンテナも材料に予想外の影響を及ぼすことができる高エネルギーの電磁界を生じます。
So the researchers are developing a computer model of resonance in the tiny structures, looking for ways to fine-tune the efficiency of an entire array by changing factors like materials and antenna shape. "The ability to model these antennas is what's going to make us successful, because we can't see these things," Novack says. "They're hard to manipulate, and small tweaks are going to make big differences."
それで、研究者は小さい構築物で響きのコンピューターモデルを開発しています。そして、材料とアンテナ形のような要因を変えることによって全ての配列の効率を微調整する方法を探します。「我々がこれらを見ることができないので、これらのアンテナをモデル化する能力は我々を成功したようにしそうであることです」と、Novackが言います。「彼らは操るのが難しいです、そして、小さな微調整は大きい差が生じそうです。」
A charged future
満たされた将来
One day, Novack says, these nanoantenna collectors might charge portable battery packs, coat the roofs of homes and, perhaps, even be integrated into polyester fabric. Double-sided panels could absorb a broad spectrum of energy from the sun during the day, while the other side might be designed to take in the narrow frequency of energy produced from the earth's radiated heat.
ある日 ― Novackが、言う ― これらのnanoantennaコレクターは携帯用のバッテリーパックを満たすかもしれなくて、家の屋根をおおうかもしれなくて、おそらく、ポリエステルファブリックに融和さえするかもしれません。向こう側が地球の放射された熱から作り出されるエネルギーのぎりぎりの頻度を理解するようになるかもしれない間、両面パネルは日中太陽から広い範囲のエネルギーを吸収することができました。
While the nanoantennas are easily manufactured, a crucial part of the process has yet to be fully developed: creating a way to store or transmit the electricity. Although infrared rays create an alternating current in the nanoantenna, the frequency of the current switches back and forth ten thousand billion times a second. That's much too fast for electrical appliances, which operate on currents that oscillate only 60 times a second. So the team is exploring ways to slow that cycling down, possibly by embedding energy conversion devices like tiny capacitors directly into the antenna structure as part of the nanoantenna imprinting process.
nanoantennasが簡単に製造される間、プロセスの重要な部分はまだ完全に開発されていないです：電気を保存するか、伝導する方法を作成すること。赤外線がnanoantennaで交流をつくるが、流れの頻度は1秒につき10兆回、前後に変わります。それは電気機器のために非常にあまりに速いです。そして、それは1秒につきわずか60回変動する流れに作用します。チームがそのサイクリングを遅くする道を調べているように、おそらく、エネルギーを埋めることによって、転換装置はnanoantennaを押しているプロセスの一部としてアンテナ構造に直接小さいコンデンサを好みます。
"At this point, these antennas are good at capturing energy, but they're not very good at converting it," says INL engineer Dale Kotter, "but we have very promising exploratory research under way." Kotter and Novack are also exploring ways to transform the high-frequency alternating current (AC) to direct current (DC) that can be stored in batteries. One potential candidate is high-speed rectifiers, special diodes that would sit at the center of each spiral antenna and convert the electricity from AC to DC. The team has a patent pending on a variety of potential energy conversion methods. They anticipate they are only a few years away from creating the next generation of solar energy collectors.
「この点で、これらのアンテナはエネルギーを捕えることが上手です、しかし、彼らはそれを変えるのがあまり得意でありません」と、INLエンジニアデールケッターが言います、「しかし、我々は非常に有望な調査研究を進行中にします。」、ケッターとNovackは、バッテリーに保存されることができる直流（DC）に高周波交流（AC）を変える道も調べています。1人の潜在的候補は、高速改正者（各々の螺旋アンテナの中央に座って、ACからDCまで電気を変える特別なダイオード）です。チームは、特許をいろいろな位置エネルギー転換方法で未定にします。彼らは、彼らが太陽エネルギーコレクターの次世代をつくることから離れた２、３年だけであることを予期します。
（関連情報）
http://www.autoblog.com/2008/01/11/autobloggreen-for-01-11-08/
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