Conversion of solar radiation into heat through carbon nanotubes with potential industrial applications

Abstract

Las nanoestructuras de carbono y en especial los nanotubos de carbono se han vuelto de gran importancia debido a sus sobresalientes propiedades en áreas como la ciencia e ingeniería. En este trabajo se han identificado aplicaciones relacionadas a su alta absortancia en regiones del espectro visible he infrarrojo. Esta propiedad puede ser usada para recolectar energía solar para e.g. calentar agua en el sector industrial, una forma de reducir el consumo de combustibles fósiles. El presente trabajo muestra exitosamente una nueva técnica para fabricar nanotubos de carbono multipared o MWCNTs (por sus siglas en ingles), directamente sobre una superficie de aluminio texturizada, usando el proceso de deposición química de vapor o CVD (por sus siglas en ingles). La síntesis se logró a una baja temperatura de 650 [°C] y su caracterización fue realizada usando espectroscopia Raman, la cual confirma la presencia de MWCNTs con sus principales picos en 1346 [cm^-1], 1582 [cm^-1], y 2692 [cm^-1] para la banda D, banda G, y banda 2D respectivamente. La microscopia electrónica de barrido o SEM (por sus siglas en inglés) fue usada para explorar el material sintetizado y la morfología presento una estructura en forma de algodón depositada sobre la superficie de aluminio. Fotoelectrón de rayos X o XPS (por sus siglas en inglés) probo la presencia de enlace de carbono con hibridación sp2 y sp3 relacionados con estructuras de nanotubos de carbono y de carbón amorfo. Finalmente, el material fabricado fue probado bajo exposición directa al sol y los resultados muestran que nuestro dispositivo calienta, en promedio, 3.44 [°C] más que otros materiales comparados. También se realizó un análisis de exergía basado en el contraste de temperatura logrado y los resultados son muy prometedores para superficies más g r andes. El contraste de temperatura se puede incrementar mejorando la estructura de los CNTs y la capacidad calorífica del sustrato usado. Finalmente, este trabajo abre la posibilidad de usar este material para varias aplicaciones relacionadas a las energías renovables, las cuales pueden ser implementadas en Ecuador en un corto tiempo.