Om du någonsin har sett tv i allt annat än totalt mörker, använde en dator medan du satt under takbelysning eller nära ett fönster, eller tagit ett foto ute på en solig dag med din smartphone, du har upplevt en stor olägenhet för moderna skärmar:bländning. De flesta av dagens elektroniska enheter är utrustade med glas- eller plastskydd för skydd mot damm, fukt, och andra miljöföroreningar, men ljusreflektion från dessa ytor kan göra information som visas på skärmarna svår att se.

Nu, forskare vid Center for Functional Nanomaterials (CFN) - ett US Department of Energy Office of Science User Facility vid Brookhaven National Laboratory - har visat en metod för att minska ytreflektionerna från glasytor till nästan noll genom att etsa in små nanoskalaegenskaper i dem.

Närhelst ljus stöter på en abrupt förändring i brytningsindex (hur mycket en ljusstråle böjs när den korsar från ett material till ett annat, mellan luft och glas), en del av ljuset reflekteras. Nanoskalaegenskaperna gör att brytningsindexet gradvis ändras från luftens till glasets, därigenom undviker reflektioner. Det ultratransparenta nanotexturerade glaset är antireflekterande över ett brett våglängdsområde (hela det synliga och nära infraröda spektrumet) och över ett brett spektrum av betraktningsvinklar. Reflektioner reduceras så mycket att glaset i princip blir osynligt.

Detta "osynliga glas" kan göra mer än att förbättra användarupplevelsen för elektroniska konsumentskärmar. Det kan öka energiomvandlingseffektiviteten hos solceller genom att minimera mängden solljus som förloras vid refektion. Det kan också vara ett lovande alternativ till de skadebenägna antireflekterande beläggningarna som konventionellt används i lasrar som avger kraftfulla ljuspulser, sådana som används vid tillverkning av medicintekniska produkter och flyg- och rymdkomponenter.

"Vi är glada över möjligheterna, "sade CFN -chef Charles Black, motsvarande författare på tidningen publicerad online den 30 oktober i Bokstäver i tillämpad fysik . "Inte bara är prestandan för dessa nanostrukturerade material extremt hög, men vi implementerar också idéer från nanovetenskap på ett sätt som vi tror bidrar till storskalig tillverkning. "

Tidigare Brookhaven Lab postdocs Andreas Liapis, nu en forskare vid Massachusetts General Hospitals Wellman Center for Photomedicine, och Atikur Rahman, en biträdande professor vid Institutionen för fysik vid Indian Institute of Science Education and Research, Pune, är medförfattare.

För att strukturera glasytorna i nanoskala, forskarna använde en metod som kallas självmontering, vilket är förmågan hos vissa material att spontant bilda ordnade arrangemang på egen hand. I detta fall, självmonteringen av ett blocksampolymermaterial gav en mall för att etsa glasytan in i en "skog" av konformade strukturer i nanoskala med skarpa spetsar - en geometri som nästan helt eliminerar ytreflektionerna. Blocksampolymerer är industriella polymerer (upprepande kedjor av molekyler) som finns i många produkter, inklusive skosulor, tejp, och bilinredning.

Svarta och CFN -kollegor har tidigare använt en liknande nanotexturing -teknik för att ge kisel, glas, och några plastmaterial med vattenavvisande och självrengörande egenskaper och dimningsförmåga, och även för att göra kiselsolceller antireflekterande. Ytananoksturerna efterliknar de som finns i naturen, som de små ljusfällande stolparna som gör näsfjärnen mörka för att hjälpa insekterna att undvika upptäckt av rovdjur och de vaxformiga kottarna som håller cikadavingarna rena.

"Denna enkla teknik kan användas för att nanoteksturera nästan vilket material som helst med exakt kontroll över storleken och formen på nanostrukturerna, "sa Rahman." Det bästa är att du inte behöver ett separat beläggningsskikt för att minska bländning, och de nanotexturerade ytorna överträffar alla beläggningsmaterial som finns idag."

"Vi har eliminerat reflektioner från glasfönster inte genom att belägga glaset med lager av olika material utan genom att ändra ytans geometri i nanoskala, "tillade Liapis." Eftersom vår slutliga struktur helt består av glas, det är mer hållbart än konventionella antireflekterande beläggningar. "

För att kvantifiera prestandan hos de nanotexturerade glasytorna, forskarna mätte mängden ljus som överfördes och reflekterades från ytorna. I överensstämmelse med sina egna modellsimuleringar, de experimentella mätningarna av ytor med nanotexturer av olika höjd visar att högre kottar reflekterar mindre ljus. Till exempel, glasytor täckta med 300 nanometer höga nanokomponenter reflekterar mindre än 0,2 procent av inkommande rött ljus (633 nanometer våglängd). Även vid den nära-infraröda våglängden på 2500 nanometer och betraktningsvinklar så höga som 70 grader, mängden ljus som passerar genom de nanostrukturerade ytorna förblir hög - över 95 och 90 procent, respektive.

I ett annat experiment, de jämförde prestanda för en kommersiell kiselsolcell utan lock, med ett vanligt glasskydd, och med ett nanotexturerat glasskydd. Solcellen med det nanotexturerade glasskyddet genererade samma mängd elektrisk ström som den utan lock. De utsatte också sitt nanotexturerade glas för korta laserpulser för att bestämma intensiteten vid vilken laserljuset börjar skada materialet. Deras mätningar visar att glaset tål tre gånger mer optisk energi per ytenhet än kommersiellt tillgängliga antireflexbeläggningar som arbetar över ett brett våglängdsområde.

"Vår roll i CFN är att visa hur nanovetenskap kan underlätta designen av nya material med förbättrade egenskaper, ", sa Black. "Det här arbetet är ett bra exempel på det - vi skulle älska att hitta en partner som hjälper till att utveckla dessa anmärkningsvärda material mot teknik."