Cikadavinger hjælper forskere med at designe bedre solceller

(Phys.org) - Forskere har vendt sig til cikadevinger for at designe overflader med stærkt antireflekterende egenskaber, som har potentielle anvendelser til solceller, stealth -overflader, antifogingsmaterialer, og andre optiske applikationer.

Som forskere Imran Zada ​​et al. ved Shanghai Jiao Tong University i Kina forklare i et nylig nummer af Anvendt fysik bogstaver , cikadevinger har nanoskala strukturer, der giver dem enestående antireflekterende egenskaber, tillader dem at transmittere eller absorbere tæt på 100% af synligt lys. Når det kommer til solceller, antireflekterende egenskaber spiller en vigtig rolle, da absorption af mere lys fører til en bedre samlet ydeevne.

I deres papir, forskerne forklarer, hvordan de fremstillede en siliciumdioxidoverflade (et billigt materiale, der normalt bruges til at lave vinduer og kameralinser) med det samme nanostrukturerede mønster som cikadavinger (der hovedsageligt er lavet af kitin) ved at bruge vingerne som en skabelon. Ved behandling af biologiske cikadevinger i en opløsning indeholdende siliciumdioxid, derefter udsætte de behandlede vinger for højintensitets ultralyd, og endelig lade vingerne størkne, så vingerne kan adskilles fra siliciumdioxidmaterialet, forskerne var i stand til at fremstille biomorfe siliciumdioxidoverflader med det samme nanostrukturerede mønster, som cikadevingerne har.

"Vores arbejde viser, at siliciumdioxid med en antireflektiv struktur direkte kan fremstilles fra cikadavinger gennem en enkel og billig sol-gel-assisteret ultralydsmetode, "fortalte medforfatter Wang Zhang ved Shanghai Jiao Tong University Phys.org . "Materialet udviser en høj ydelse af antireflekterende egenskaber i det synlige bølgelængdeområde ved en lang række indfaldende vinkler."

Test viste, at de nye overflader har en meget lav refleksion, absorberer så lidt som 0,3% af synligt lys. Reflekteringsegenskaberne varierer afhængigt af lysets indfaldsvinkel, imidlertid, og øges til 3,3% med stigende indfaldsvinkler af lyset. Forskerne forklarer, at de gode antirefleksegenskaber opstår på grund af vingernes nanostrukturerede mønster, hvor nanostrukturenes dimensioner er mindre end lysets bølgelængde. Dette mønster skaber en kontinuerligt graderet brydningsindeksprofil fra luft til materialets overflade, som i det væsentlige giver en vej for lysstråler til at komme ind i materialet og forhindrer dem i at reflektere tilbage ud.

Selvom cikadevinger naturligt er superhydrofobe, forskerne var i stand til at tune denne egenskab på siliciumdioxidoverfladen ved at ændre dens kemiske sammensætning, omdanne det til et hydrofilt materiale. Med hydrofile egenskaber, overfladen danner let hydrogenbindinger med vandmolekyler. Kombineret med materialets antireflekterende egenskaber, dette har den virkning at forhindre dannelse af tåge, foreslår potentielle anvendelser for anti-dug og selvrensende optiske materialer. Forskerne planlægger at undersøge denne slags applikationer i fremtidigt arbejde.

"I fremtiden, vores arbejde er på vej mod at fremstille materialer med højt brydningsindeks med antireflekterende strukturer for at studere deres multifunktionelle egenskaber, såsom antirefleksion, antibakteriel aktivitet, og superhydrofobicitet, "Sagde Zhang.

© 2017 Phys.org