Forskere finder en måde at lave glas på, der er anti-fogging, selvrensende og fri for blænding

En af de mest genkendelige egenskaber ved glas er den måde, det reflekterer lyset på. Men en ny måde at skabe overfladeteksturer på glas, udviklet af forskere ved MIT, fjerner næsten refleksioner, producerer glas, der er næsten uigenkendeligt på grund af dets fravær af blænding - og hvis overflade får vanddråber til at hoppe direkte af, som små gummikugler.

Det nye "multifunktionelle" glas, baseret på overflade -nanoteknikker, der producerer en række koniske træk, er selvrensende og modstår dug og blænding, siger forskerne. Ultimativt, de håber, det kan laves ved hjælp af en billig fremstillingsproces, der kan anvendes på optiske enheder, skærme på smartphones og fjernsyn, solpaneler, bilforruder og endda vinduer i bygninger.

Teknologien er beskrevet i et papir offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano , medforfatter af maskiningeniørstuderende Kyoo-Chul Park og Hyungryul Choi, tidligere postdoc Chih-Hao Chang SM ’04, PhD ’08 (nu ved North Carolina State University), professor i kemiteknik Robert Cohen, og professorer i maskinteknik Gareth McKinley og George Barbastathis.

Fotovoltaiske paneler, Park forklarer, kan miste så meget som 40 procent af deres effektivitet inden for seks måneder, da støv og snavs samler sig på deres overflader. Men et solpanel beskyttet af det nye selvrensende glas, han siger, ville have meget mindre problemer. Ud over, panelet ville være mere effektivt, fordi mere lys ville blive transmitteret gennem dets overflade, i stedet for at blive reflekteret væk - især når solens stråler hælder i en skarp vinkel til panelet. På sådanne tidspunkter, såsom tidlige morgener og sene eftermiddage, konventionelt glas kan reflektere mere end 50 procent af lyset, hvorimod en anti-reflekterende overflade ville reducere refleksionen til et ubetydeligt niveau.

Mens nogle tidligere arbejder har behandlet solpaneler med hydrofobe belægninger, de nye multifunktionelle overflader skabt af MIT-teamet er endnu mere effektive til at afvise vand, holde panelerne rene længere, siger forskerne. Ud over, eksisterende hydrofobe belægninger forhindrer ikke reflekterende tab, giver det nye system endnu en fordel.

Andre applikationer kan omfatte optiske enheder såsom mikroskoper og kameraer, der skal bruges i fugtige miljøer, hvor både antireflekterende og anti-fogging kapaciteter kan være nyttige. I enheder med berøringsskærm, glasset ville ikke kun fjerne refleksioner, men ville også modstå forurening med sved.

Ultimativt, hvis prisen på sådant glas kan sænkes tilstrækkeligt, selv bilruder kunne gavne, Choi siger, rense sig selv for snavs og snavs på den udvendige overflade af vinduerne, eliminerer blænding og refleksioner, der kan forringe synlighed, og forhindrer dug på den indvendige overflade.

Overflademønsteret - bestående af en række nanoskala -kegler, der er fem gange så høje som deres basisbredde på 200 nanometer - er baseret på en ny fremstillingstilgang, MIT -teamet udviklede ved hjælp af belægnings- og ætsningsteknikker tilpasset fra halvlederindustrien. Fremstillingen begynder med at belægge en glasoverflade med flere tynde lag, inklusive et fotoresistlag, som derefter belyses med et gittermønster og ætses væk; successive ætsninger producerer de koniske former. Holdet har allerede ansøgt om patent på processen.

Da det er formen af ​​den nanoteksturerede overflade - snarere end nogen bestemt metode til at opnå den form - der giver de unikke egenskaber, Park og Choi siger, at glas- eller gennemsigtige polymerfilm i fremtiden kan fremstilles med sådanne overfladeegenskaber blot ved at føre dem gennem et par teksturerede ruller, mens de stadig er delvist smeltede; en sådan proces ville bidrage minimalt til fremstillingsomkostningerne.

Forskerne siger, at de hentede deres inspiration fra naturen, hvor teksturerede overflader lige fra lotusblade til ørkenbilleskjold og møløjne har udviklet sig på måder, der ofte opfylder flere formål på én gang. Selvom rækkerne af spidse nanokegler på overfladen virker skrøbelige, når de ses mikroskopisk, forskerne siger, at deres beregninger viser, at de burde være modstandsdygtige over for en lang række kræfter, lige fra påvirkning af regndråber i et kraftigt regnskyl eller vinddrevet pollen og grus til direkte stik med en finger. Yderligere test vil være nødvendige for at demonstrere, hvor godt de nanoteksturerede overflader holder sig over tid i praktiske applikationer.

Andrew Parker, en senior gæsteforsker ved Oxford University's Green Templeton College i Storbritannien, som ikke var involveret i dette arbejde, siger, ”Multifunktionelle overflader hos dyr og planter er almindelige. For første gang, så vidt jeg ved, dette papir lærer en lektion i fremstillingseffektivitet fra naturen ved at lave en optimeret antirefleks og anti-dug-enhed. Det er den måde, naturen fungerer på, og kan meget vel være fremtiden for en grønnere teknik, hvor to strukturer, og to fremstillingsprocesser, erstattes af én."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.