Met behulp van grasachtige structuren op nanoschaal, onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh, Pennsylvania heeft glas gemaakt dat een grote hoeveelheid licht doorlaat terwijl het er wazig uitziet. Dit is de eerste keer dat glas is gemaakt met zo'n hoge mate van waas en lichtdoorlatendheid tegelijkertijd, een combinatie van eigenschappen die de prestaties van zonnecellen en leds kunnen helpen verbeteren.

Het glas vertoont nog een opmerkelijke eigenschap:het kan van wazig naar helder worden omgeschakeld door water toe te passen. Dit kan het handig maken voor het maken van slimme vensters die nevel of ondoorzichtigheid veranderen om de privacy van een kamer te regelen of om schittering van zonlicht te blokkeren.

"Het tegenwoordig beschikbare omschakelbare glas is vrij duur omdat het transparante geleidende lagen gebruikt om een ​​spanning over het hele glas aan te brengen, " zei Paul W. Leu van de Swanson School of Engineering van de Universiteit van Pittsburgh, leider van het onderzoeksteam. "Ons glas zou mogelijk minder duur zijn om te maken, omdat de dekking in een kwestie van seconden kan worden veranderd door simpelweg vloeistof aan te brengen of te verwijderen."

In optiek , Het tijdschrift van de Optical Society voor onderzoek met hoge impact, beschrijven de onderzoekers hun nieuwe glas op basis van nanogras, die een record lichtdoorlatendheid van 95 procent bereikt en tegelijkertijd een even hoge mate van waas. De onderzoekers experimenteerden met glas geëtst met nanograsstructuren van 0,8 tot 8,5 micron hoog met "bladen" van elk een paar honderd nanometer in diameter.

De ontdekking van schakelbaarheid was er een van serendipiteit. "Ik was het nieuwe glas van nanogras aan het schoonmaken toen ik ontdekte dat het glas door het schoonmaken met water helder werd. " aldus projectleider, afgestudeerde student Sajad Haghanifar. Hoewel de vondst incidenteel was, het kan gemakkelijk worden uitgelegd. "Het water gaat tussen de extreem hydrofiele nanostructuren, waardoor het nanograss-glas werkt als een vlak substraat. Omdat water een zeer vergelijkbare brekingsindex heeft als het glas, het licht gaat er dwars doorheen. Wanneer het water is verwijderd, het licht raakt de verstrooiende nanostructuren, waardoor het glas wazig lijkt."

Nanogras gebruiken om zonnecellen te verbeteren

Leu's groep ontwikkelde het nieuwe glas om het vermogen van zonnecellen om licht op te vangen en om te zetten in energie te verbeteren. Nanostructuurpatronen kunnen voorkomen dat licht weerkaatst op het oppervlak van de zonnecel. Deze structuren verstrooien ook het licht dat het glas binnenkomt, helpt meer van het licht het halfgeleidermateriaal in de zonnecel te bereiken, waar het wordt omgezet in kracht.

Het nieuwe glas maakt gebruik van een uniek patroon van nanostructuren dat veel op gras lijkt. Omdat de structuren groter zijn dan eerder gebruikte nanostructuren, ze vergroten de kans dat licht wordt verstrooid. Hoewel glas met de nanostructuren ondoorzichtig lijkt, testen toonden aan dat het meeste verstrooide licht zich een weg baant door het glas.

Het feit dat het glas zeer wazig is en een hoge doorlaatbaarheid vertoont, kan het ook nuttig maken voor LED's, die werken op een manier die in wezen het tegenovergestelde is van een zonnecel, door elektriciteit te gebruiken die een halfgeleider binnenkomt om licht te produceren dat vervolgens door het apparaat wordt uitgezonden. Het nieuwe glas kan mogelijk de hoeveelheid licht vergroten die het van de halfgeleider naar de omgeving brengt.

De juiste 'gras' hoogte vinden

De onderzoekers ontdekten dat korter nanogras de antireflectie-eigenschappen van het glas verbeterde, terwijl langer nanogras de waas verhoogde. Glas met 4,5 micron hoog nanogras vertoonde een mooie balans van 95,6 procent doorlaatbaarheid en 96,2 procent waas voor licht met een golflengte van 550 nanometer (geel licht, een bestanddeel van zonlicht).

Hoewel er meer werk nodig is om de exacte productiekosten van het nieuwe glas in te schatten, de onderzoekers voorspellen dat hun glas goedkoop zal zijn omdat het gemakkelijk te maken is. De nanostructuren worden in het glas geëtst met behulp van een proces dat bekend staat als reactief ionenetsen. een schaalbare en eenvoudige methode die vaak wordt gebruikt om printplaten te maken.

Om van het glas een slim venster te maken dat van wazig naar helder verandert, er zou een stuk traditioneel glas over het nanograss-glas moeten worden geplaatst. Pompen kunnen worden gebruikt om vloeistof in de ruimte tussen de twee glazen te laten stromen, en een ventilator of pomp kan worden gebruikt om het water te verwijderen. De onderzoekers toonden ook aan dat naast water, het aanbrengen van aceton en tolueen kan het glas ook van wazig naar helder veranderen.

"We voeren nu duurzaamheidstests uit op het nieuwe nanograsglas en evalueren de zelfreinigende eigenschappen ervan. "Zei Haghanifar. "Zelfreinigend glas is erg handig omdat het de noodzaak voor robot- of handmatige verwijdering van stof en vuil voorkomt dat de efficiëntie van zonnepanelen zou verminderen, of de panelen zich nu op uw huis bevinden of op een Marsrover."