Antirefleksbelægning gør plastik usynlig

Antireflekterende (AR) belægninger på plast har en lang række praktiske anvendelser, herunder reduktion af blænding på briller, computerskærme og displayet på din smartphone, når du er udendørs. Nu, forskere ved Penn State har udviklet en AR-belægning, der forbedrer eksisterende belægninger i det omfang, den kan fremstille gennemsigtig plast, såsom plexiglas, praktisk talt usynlig.

"Denne opdagelse skete, da vi forsøgte at lave mere effektive solpaneler, "sagde Chris Giebink, lektor i elektroteknik, Penn State. "Vores tilgang involverede at koncentrere lys til små, højeffektive solceller ved hjælp af plastiklinser, og vi var nødt til at minimere deres refleksionstab. "

De havde brug for en antirefleksbelægning, der fungerede godt over hele solspektret og i flere vinkler, da solen krydsede himlen. De havde også brug for en belægning, der kunne stå til vejrs i lange perioder udendørs.

"Vi ville gerne have fundet en hyldeløsning, men der var ikke en, der opfyldte vores præstationskrav, " sagde han. "Så, vi begyndte at lede efter vores egen løsning."

Det var en høj ordre. Selvom det er forholdsvis nemt at lave en belægning, der vil eliminere refleksion ved en bestemt bølgelængde eller i en bestemt retning, en, der kunne passe til alle deres kriterier, eksisterede ikke. For eksempel, AR-belægninger til briller er målrettet mod den snævre synlige del af spektret. Men solspektret er omkring fem gange så bredt som det synlige spektrum, så en sådan belægning ville ikke fungere godt for et koncentrerende solcellesystem.

Refleksioner opstår, når lyset bevæger sig fra et medium, såsom luft, ind i et andet medie, i dette tilfælde plastik. Hvis forskellen i deres brydningsindeks, som angiver, hvor hurtigt lyset bevæger sig i et bestemt materiale, er stor – luft har et brydningsindeks på 1 og plastik 1,5 – så vil der være meget refleksion. Det laveste indeks for et naturligt belægningsmateriale såsom magnesiumfluorid eller teflon er omkring 1,3. Brydningsindekset kan graderes - langsomt varieres - mellem 1,3 og 1,5 ved at blande forskellige materialer, men afstanden mellem 1,3 og 1 forbliver.

I et papir, der for nylig blev lagt ud på nettet forud for tryk i tidsskriftet Nano bogstaver , Giebink og medforfattere beskriver en ny proces til at bygge bro mellem teflon og luft. De brugte et offermolekyle til at skabe porer i nanoskala i fordampet teflon, og derved skabe en gradueret indeks Teflon-luftfilm, der tåler lys for at se en jævn overgang fra 1 til 1,5, eliminerer stort set alle refleksioner.

"Det interessante ved Teflon, som er en polymer, er når du varmer det op i en digel, de store polymerkæder spalter i mindre fragmenter, der er små nok til at fordampe og sende en dampstrøm op. Når disse lander på et substrat, kan de repolymerisere og danne teflon, "Sagde Giebink.

Når offermolekylerne føjes til fluxen, Teflon vil reformere omkring molekylerne. Opløsning af offermolekylerne efterlader en nanoporøs film, der kan sorteres ved at tilføje flere porer.

"Vi har været i interaktion med en række virksomheder, der leder efter forbedrede antirefleksbelægninger til plastik, og nogle af applikationerne har været overraskende, " sagde han. "De spænder fra at eliminere blænding fra plastikkuplerne, der beskytter sikkerhedskameraer, til at eliminere vildfarne refleksioner inde i virtuelle/augmented-reality headset."

En uventet applikation er i UAV'er i stor højde, eller ubemandede luftfartøjer. Det er fly med gigantiske vingespænd, der er belagt med solceller. Bruges primært til rekognoscering, disse fly er afhængige af sollys for at blive i nærheden af ​​evig flyvning, og meget af det lys, de modtager, er i en blikvinkel, hvor refleksioner er højest. En af de virksomheder, der fremstiller disse solceller, udforsker AR-belægningen for at se, om den kan forbedre mængden af ​​lys, der høstes af en UAV.

Fordi teknologien er kompatibel med nuværende fremstillingsteknikker, Giebink mener, at belægningsteknologien er skalerbar og bredt anvendelig. På dette tidspunkt, hans testprøver har stået op til det centrale Pennsylvania vejr i to år, med lidt ændringer i ejendomme. Ud over, belægningen er også antifogging.

"Belægningen klæber godt til forskellige typer plastik, men ikke glas, " sagde han. "Så, det vil ikke være nyttigt for dit typiske tagsolpanel med et beskyttende glasdæksel. Men hvis koncentrering af solceller gør et comeback, en kritisk del af disse er Fresnel -objektiverne i plastik, og der kunne vi gøre en forskel."