Het oog van een mot en een lotusblad waren de inspiratie voor een antireflecterend waterafstotend, of superhydrofoob, glascoating met een aanzienlijk potentieel voor zonnepanelen, lenzen, detectoren, ramen, wapensystemen en vele andere producten.

De ontdekking door onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy, gedetailleerd in een paper gepubliceerd in de Journal of Materials Chemistry C , is gebaseerd op een mechanisch robuuste nanogestructureerde laag van poreuze glasfilm. De coating kan worden aangepast om superhydrofoob te zijn, mistbestendig en antireflecterend.

"Terwijl lotusbladeren water afstoten en zelfreinigend zijn als het regent, de ogen van een mot zijn antireflecterend vanwege natuurlijk bedekte, taps toelopende nanostructuren waarbij de brekingsindex geleidelijk toeneemt naarmate het licht naar het hoornvlies van de mot reist, " zei Tolga Aytug, hoofdauteur van het artikel en lid van ORNL's Materials Chemistry Group. "Gecombineerd, deze functies bieden een werkelijk baanbrekend vermogen om coatings te ontwerpen voor specifieke eigenschappen en prestaties."

Om superhydrofoob te zijn, een oppervlak moet een waterdruppelcontacthoek bereiken van meer dan 150 graden. De coating van ORNL heeft een contacthoek tussen 155 en 165 graden, zodat het water letterlijk weerkaatst, stof en vuil afvoeren. Deze eigenschap in combinatie met de onderdrukking van lichtreflectie van een glasoppervlak is van cruciaal belang voor verbeterde prestaties in tal van optische toepassingen, zei Aytug.

Het basismateriaal - een speciaal type glascoating - is ook zeer duurzaam, waardoor het zich onderscheidt van concurrerende technologieën, volgens Aytug, die het proces beschrijft.

"We hebben een methode ontwikkeld die begint met het afzetten van een dunne laag glasmateriaal op een glasoppervlak, gevolgd door thermische verwerking en selectieve materiaalverwijdering door etsen, " zei hij. "Dit produceert een oppervlak dat bestaat uit een poreus driedimensionaal netwerk van glas met een hoog silicagehalte dat lijkt op microscopisch koraal."

Het feit dat de coating kan worden vervaardigd met behulp van industriestandaardtechnieken, maakt het gemakkelijk en goedkoop om op te schalen en toe te passen op een breed scala aan glasplatforms.

"De unieke driedimensionale onderling verbonden nanoporeuze aard van onze coatings onderdrukt Fresnel-lichtreflecties van glasoppervlakken aanzienlijk, biedt verbeterde transmissie over een breed scala aan golflengten en hoeken, "Zei Aytug. Het Fresnel-effect beschrijft de hoeveelheid licht die wordt gereflecteerd versus de hoeveelheid die wordt doorgelaten.

Als het om zonnepanelen gaat, de onderdrukking van gereflecteerd licht vertaalt zich in een relatieve toename van 3-6 procent in licht-naar-elektriciteit conversie-efficiëntie en vermogen van de cellen. In combinatie met het superhydrofobe zelfreinigende vermogen, dit zou ook de onderhouds- en bedrijfskosten van zonnepanelen aanzienlijk kunnen verlagen. In aanvulling, de coating is zeer effectief in het blokkeren van ultraviolet licht.

Andere mogelijke toepassingen zijn brillen, periscopen, optische instrumenten, fotodetectoren en sensoren. In aanvulling, de superhydrofobe eigenschap kan effectief zijn bij het voorkomen van ijs- en sneeuwophoping op optische elementen en kan biofouling in maritieme toepassingen belemmeren.

Aytug benadrukte dat de slagvastheid van de coating het pakket compleet maakt, waardoor het geschikt is voor onnoemelijke toepassingen.

"Deze kwaliteit onderscheidt het van traditionele polymeren en poedergebaseerde tegenhangers, die over het algemeen mechanisch kwetsbaar zijn, "Zei Aytug. "We hebben aangetoond dat onze glascoatings met nanostructuur een superieure mechanische weerstand vertonen tegen schokken - zoals zandstormen - en thermisch stabiel zijn bij temperaturen die 500 graden Celsius naderen."