Antireflectie (AR) coatings op kunststoffen hebben een veelvoud aan praktische toepassingen, inclusief vermindering van schittering op brillen, computerschermen en het display op uw smartphone wanneer u buiten bent. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van Penn State hebben een AR-coating ontwikkeld die bestaande coatings zodanig verbetert dat transparante kunststoffen kunnen worden gemaakt, zoals plexiglas, vrijwel onzichtbaar.

"Deze ontdekking kwam tot stand toen we probeerden zonnepanelen met een hoger rendement te maken, " zei Chris Giebink, universitair hoofddocent elektrotechniek, Penn State. "Onze aanpak omvatte het concentreren van licht op kleine, hoogrenderende zonnecellen met behulp van plastic lenzen, en we moesten hun reflectieverlies minimaliseren."

Ze hadden een antireflectiecoating nodig die goed werkte over het hele zonnespectrum en onder meerdere hoeken terwijl de zon de lucht doorkruiste. Ze hadden ook een coating nodig die bestand was tegen weersinvloeden gedurende lange tijd buitenshuis.

"We hadden graag een kant-en-klare oplossing gevonden, maar er was er geen die voldeed aan onze prestatie-eisen, "zei hij. "Dus, we gingen op zoek naar onze eigen oplossing."

Dat was een hele opgave. Hoewel het relatief eenvoudig is om een ​​coating te maken die reflectie bij een bepaalde golflengte of in een bepaalde richting elimineert, een die aan al hun criteria kon voldoen, bestond niet. Bijvoorbeeld, lenzenvloeistof AR-coatings zijn gericht op het smalle zichtbare deel van het spectrum. Maar het zonnespectrum is ongeveer vijf keer zo breed als het zichtbare spectrum, zo'n coating zou dus niet goed presteren voor een concentrerend zonnecelsysteem.

Reflecties treden op wanneer licht van één medium reist, zoals lucht, naar een tweede medium, in dit geval kunststof. Als het verschil in hun brekingsindex, die specificeert hoe snel licht reist in een bepaald materiaal, groot is - lucht heeft een brekingsindex van 1 en plastic 1,5 - dan zal er veel reflectie zijn. De laagste index voor een natuurlijk coatingmateriaal zoals magnesiumfluoride of teflon is ongeveer 1,3. De brekingsindex kan worden gegradeerd - langzaam gevarieerd - tussen 1,3 en 1,5 door verschillende materialen te mengen, maar de kloof tussen 1,3 en 1 blijft.

In een paper dat onlangs online is geplaatst voordat het in het tijdschrift wordt gedrukt Nano-letters , Giebink en coauteurs beschrijven een nieuw proces om de kloof tussen teflon en lucht te overbruggen. Ze gebruikten een opofferingsmolecuul om poriën op nanoschaal te maken in verdampt teflon, waardoor een gegradeerde index Teflon-luchtfilm ontstaat die licht voor de gek houdt om een ​​vloeiende overgang van 1 naar 1,5 te zien, waardoor in wezen alle reflecties worden geëlimineerd.

"Het interessante aan Teflon, dat is een polymeer, is wanneer je het opwarmt in een smeltkroes, de grote polymeerketens splitsen zich in kleinere fragmenten die klein genoeg zijn om te vervluchtigen en een dampstroom op te zenden. Wanneer deze op een substraat landen, kunnen ze opnieuw polymeriseren en Teflon vormen, ' zei Giebink.

Wanneer de offermoleculen aan de flux worden toegevoegd, de teflon zal zich hervormen rond de moleculen. Door de opofferingsmoleculen op te lossen, blijft een nanoporeuze film achter die kan worden gesorteerd door meer poriën toe te voegen.

"We hebben contact gehad met een aantal bedrijven die op zoek zijn naar verbeterde antireflectiecoatings voor plastic, en sommige toepassingen waren verrassend, "zei hij. "Ze variëren van het elimineren van schittering van de plastic koepels die beveiligingscamera's beschermen tot het elimineren van verdwaalde reflecties in virtual/augmented reality-headsets."

Een onverwachte toepassing is in UAV's op grote hoogte, of onbemande luchtvaartuigen. Dit zijn vliegtuigen met gigantische spanwijdtes die zijn bedekt met zonnecellen. Voornamelijk gebruikt voor verkenning, deze vliegtuigen zijn afhankelijk van zonlicht om in bijna eeuwigdurende vlucht te blijven en daarom bevindt veel van het licht dat ze ontvangen zich in een kijkhoek waar de reflecties het hoogst zijn. Een van de bedrijven die deze zonnecellen maakt, onderzoekt de AR-coating om te zien of deze de hoeveelheid licht die door een UAV wordt opgevangen, kan verbeteren.

Omdat de technologie compatibel is met de huidige productietechnieken, Volgens Giebink is de coatingtechnologie schaalbaar en breed toepasbaar. Op dit punt, zijn testmonsters zijn al twee jaar bestand tegen het weer in centraal Pennsylvania, met weinig verandering in eigenschappen. In aanvulling, de coating is ook anti-condens.

"De coating hecht goed op verschillende soorten kunststoffen, maar geen glas "zei hij. "Dus, het zal niet nuttig zijn voor uw typische zonnepaneel op het dak met een beschermende glazen kap. Maar als het concentreren van fotovoltaïsche energie een comeback maakt, een cruciaal onderdeel daarvan zijn de plastic Fresnel-lenzen, en daar kunnen we het verschil maken."