Superhydrofob glasbelægning giver klare fordele

Et møløje og lotusblad var inspirationerne til en antireflekterende vandafvisende, eller superhydrofob, glasbelægning, der rummer et betydeligt potentiale for solpaneler, linser, detektorer, vinduer, våbensystemer og mange andre produkter.

Opdagelsen af ​​forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory, detaljeret i et papir offentliggjort i Journal of Materials Chemistry C , er baseret på et mekanisk robust nanostruktureret lag af porøs glasfilm. Belægningen kan tilpasses til at være superhydrofob, tågeafvisende og antireflekterende.

"Mens lotusblade afviser vand og selvrenser, når det regner, en møls øjne er antireflekterende på grund af naturligt dækkede tilspidsede nanostrukturer, hvor brydningsindekset gradvist øges, efterhånden som lyset rejser til møllens hornhinde, " sagde Tolga Aytug, hovedforfatter af papiret og medlem af ORNL's Materials Chemistry Group. "Kombineret, disse funktioner giver en virkelig skiftende evne til at designe belægninger til specifikke egenskaber og ydeevne."

At være superhydrofob, en overflade skal opnå en vanddråbekontaktvinkel på over 150 grader. ORNLs belægning har en kontaktvinkel på mellem 155 og 165 grader, så vandet preller bogstaveligt af, fjerner støv og snavs. Denne egenskab kombineret med undertrykkelse af lysreflektion fra en glasoverflade er afgørende for forbedret ydeevne i adskillige optiske applikationer, sagde Aytug.

Grundmaterialet - en speciel type glasbelægning - er også meget holdbart, som adskiller den fra konkurrerende teknologier, ifølge Aytug, hvem beskrev processen.

"Vi udviklede en metode, der starter med at afsætte et tyndt lag glasmateriale på en glasoverflade efterfulgt af termisk behandling og selektiv materialefjernelse ved ætsning, " sagde han. "Dette producerer en overflade bestående af et porøst tredimensionelt netværk af glas med højt silicaindhold, der ligner mikroskopiske koraller."

Det faktum, at belægningen kan fremstilles ved hjælp af industristandardteknikker, gør det nemt og billigt at skalere op og påføre en bred vifte af glasplatforme.

"Den unikke tredimensionelle indbyrdes forbundne nanoporøse natur af vores belægninger undertrykker markant Fresnel-lysreflektioner fra glasoverflader, giver forbedret transmission over en bred vifte af bølgelængder og vinkler, " sagde Aytug. Fresnel-effekten beskriver mængden af ​​lys, der reflekteres i forhold til mængden, der transmitteres.

Når det gælder solpaneler, undertrykkelsen af ​​reflekteret lys udmønter sig i en relativ stigning på 3-6 procent i lys-til-elektricitets konverteringseffektivitet og udgangseffekt fra cellerne. Sammen med den superhydrofobe selvrensende evne, dette kan også reducere vedligeholdelses- og driftsomkostningerne for solpaneler betydeligt. Ud over, belægningen er yderst effektiv til at blokere ultraviolet lys.

Andre potentielle anvendelser omfatter beskyttelsesbriller, periskoper, optiske instrumenter, fotodetektorer og sensorer. Ud over, den superhydrofobe egenskab kan være effektiv til at forhindre opbygning af is og sne på optiske elementer og kan forhindre biobegroning i marine applikationer.

Aytug understregede, at belægningens slag-slidstyrke fuldender pakken, gør den velegnet til utallige applikationer.

"Denne kvalitet adskiller den fra traditionelle polymere og pulverbaserede modstykker, som generelt er mekanisk skrøbelige, "Aytug sagde. "Vi har vist, at vores nanostruktur glasbelægninger udviser overlegen mekanisk modstandsdygtighed over for stødslidning - som sandstorme - og er termisk stabile over for temperaturer, der nærmer sig 500 grader Celsius."