21.12.2017
Используя нано размерные, напоминающие траву структуры, исследователи из Университета Питтсбурга, штат Пенсильвания, создали стекло, которое пропускает большое количество света, в то время как кажется тонированным. Это первый случай, когда удалось создать стекло с таким высоким уровнем тонировки и способностью пропускать свет. Эти его свойства способны сделать солнечные элементы и светодиоды максимально производительными.
Новое стекло обладает еще одним замечательным качеством: его можно переключить с туманного режима на прозрачный, применяя воду. За счет этого его можно использовать для создания интеллектуальных окон, которые будут менять свою прозрачность, чтобы контролировать конфиденциальность комнаты или блокировать блики от солнечного света.
«Переключаемое стекло, доступное уже сегодня, довольно дорогое, потому что для работы оно использует прозрачные проводящие слои. Наше стекло было бы потенциально менее дорогостоящим, так как уровень его прозрачности можно будет менять за считанные секунды, просто нанося или удаляя жидкость», - сказал Пол У. Леу из Шотландской школы инженеров Университета Питтсбурга, руководитель исследовательской группы.
В журнале Optical Society исследователи описывают свое новое стекло, созданное на основе нано «травинок». Оно обеспечивает рекордный коэффициент пропускания света в 95 %, и одновременно высокую степень тонировки. Исследователи экспериментировали со стеклом, со структурой в виде нано «травинок», высотой от 0,8 до 8,5 микрон с «лопастями», каждая из которых имела диаметр в несколько сотен нанометров.
Руководитель проекта, аспирант Саджад Хаганифар заявил, что открытие переключаемости прозрачности было случайным: «Я очищал новое «нано» стекло, когда обнаружил, что очистка водой сделала его прозрачным. Вода проходит между гидрофильными нано «травинками» и меняет прозрачность, так как имеет очень похожий показатель преломления, когда свет проходит прямо сквозь стекло. Когда вода удаляется, свет попадает в рассеивающие нано структуры, заставляя стекло казаться как бы «туманным».
Использование нано структуры для солнечных элементов
Группа ученых разработала новое стекло, чтобы солнечные модули могли максимально продуктивно захватывать свет и превращать его в энергию. Его нано структура препятствует отражению света от поверхности солнечных элементов. Эта же структура рассеивает свет, попадающий в стекло, что помогает большему количеству света проникать в полупроводниковый материал внутри солнечного элемента, где он преобразуется в энергию.
Новое стекло использует уникальную нано структуру, которая очень похожа на траву. Это увеличивает вероятность рассеивания света. Хотя стекло с нано структурой кажется непрозрачным, испытания показали, что большая часть рассеянного света пробивается сквозь стекло.
Поиск правильной высоты «травы»
Исследователи обнаружили, что более короткие нано «травинки» улучшают антиотражающие свойства стекла, в то время как более длинные имеют тенденцию увеличивать его мутность. Стекло с 4,5-микронными нано «травинками» показало оптимальный баланс проведения, 95,6% и 96,2% дымки, для света с длиной волны 550 нанометров (желтый свет, компонент солнечного света).
Хотя точная стоимость изготовления нового стекла пока не определена, исследователи предсказывают, что их стекло будет недорогим, потому что его легко сделать. Нано «травинки» выгравированы в нем с использованием процесса, известного как реактивное ионное травление. Это - масштабируемый и простой метод, обычно используемый для изготовления печатных плат.
Чтобы превратить стекло в «смарт» окно, которое переключается с туманного на прозрачный режим, потребовалось бы разместить кусок обычного стекла поверх стекла с нано структурой. Для проведения жидкости в пространство между двумя стеклами можно было бы применять насосы. Для удаления воды можно использовать вентилятор или насос. Исследователи также показали, что применение ацетона и толуола, в дополнение к воде, также может переключать стекло с туманного на прозрачный режим.
«Сейчас мы проводим испытания на прочность на новом стекле с нано структурой, и оцениваем его самоочищающиеся свойства. Самоочищающееся стекло очень полезно, потому что оно предотвращает необходимость автоматического или ручного удаления пыли и мусора. Это делает солнечные панели менее эффективными, будь то панели в вашем доме или на марсоходе» - сказал Хаганифар.