Oko ćmy i liść lotosu stały się inspiracją dla nowej, superhydrofobowej powłoki na szkło opracowanej przez naukowców z Oak Ridge National Laboratory. Ma zdolność samooczyszczania i jest antyrefleksyjna, co czyni ją wyjątkowo przydatną choćby w energetyce słonecznej.
Powłokę opracowali badacze z Departamentu Energii Oak Ridge National Laboratory. Jest to porowata nanowarstwa, której właściwościami można sterować, dzięki czemu może być superhydrofobowa, odporna na mgłę czy antyrefleksyjna. W ten sposób możliwości jej zastosowania są bardzo szerokie – od paneli słonecznych poprzez soczewki optyczne i okna aż po detektory i systemy broni.
Roślinno-zwierzęca kooperacja
Jak wyjaśnia Tolga Aytug z Materials Chemistry Group, inspiracją przy tworzeniu tej technologii były liście lotosu i oczy ćmy. Liście lotosu to oczywiście wzór superhydrofobowej powierzchni – ponieważ odpychają wodę, pozostają stale czyste. Oczy ćmy natomiast posiadają na zewnątrz nanostrukturalną warstwę, której współczynnik załamania wzrasta wraz z głębokością, na jaką dotrze światło – jest więc antyrefleksyjna. Naukowcy postanowili połączyć te niezwykłe roślinne i zwierzęce kompetencje, aby uzyskać technologię o ogromnym potencjale w branży optycznej czy energetyce słonecznej.
O superhydrofobowości możemy mówić wtedy, kiedy kąt zwilżania materiału wynosi co najmniej 150°C. W przypadku opracowanej powłoki mamy do czynienia z kątem zwilżania z przedziału 155-165°C, a więc woda dosłownie się od niej odbija, zmywając przy okazji brud i pył zgromadzony na powierzchni. To plus antyrefleksyjność oraz doskonała wytrzymałość powłoki sprawia, że może być ona z powodzeniem stosowana na elementach urządzeń optycznych.
Szklany koralowiec
Aytug wymienia jednak i inne cechy, które wyróżniają opracowaną w Oak Ridge powłokę od dostępnych na rynku rozwiązań. Stanowi ona nieprzepuszczalną barierę dla promieniowania UV, jest stabilna w wysokich temperaturach (do 500°C) i ma doskonałą odporność na uderzenia i ścieranie, co odróżnia ją od większości materiałów polimerowych i proszkowych, przeważnie kruchych. Takiej powłoce nie grozi np. nieoczekiwana burza piaskowa.
Powłokę otrzymuje się poprzez osadzanie na podłożu cienkiej warstwy szkła, a następnie poddanie jej obróbce termicznej i selektywnemu usuwaniu materiału poprzez wytrawianie. Tak powstaje trójwymiarowa szklana sieć o wysokiej zawartości krzemionki, przypominająca mikroskopijny koralowiec. To technologia łatwa w aplikacji i niedroga, nie ma również większych przeszkód, by przystosować ją do produkcji przemysłowej.
O 3-6% większa efektywność paneli słonecznych
Podstawowym zastosowaniem tej technologii mają być panele słoneczne. Zapobiegając odbiciu światła od powierzchni powłoka zwiększa efektywność konwersji światło-energia o 3-6%, sprawia więc, że panele są bardziej wydajne. A dzięki swojej superhydrofobowości i odporności na zabrudzenia znacznie zmniejsza koszt ich utrzymania i konserwacji.
Prócz energetyki słonecznej z technologii tej skorzystać też mogą inne branże – także te, które potrzebują powłok antyoblodzeniowych i przeciwporostowych. Proponowane zastosowania to zabezpieczanie gogli, peryskopów, urządzeń optycznych, fotodetektorów i sensorów.
Źródło: european-coatings.com