(Phys.org) – Forskare har vänt sig till cikadvingar för att designa ytor med mycket antireflekterande egenskaper, som har potentiella tillämpningar för solceller, smygande ytor, antiimgmaterial, och andra optiska tillämpningar.

Som forskare Imran Zada ​​et al. vid Shanghai Jiao Tong University i Kina förklara i ett färskt nummer av Bokstäver i tillämpad fysik , Cikadvingar har strukturer i nanoskala som ger dem exceptionella antireflekterande egenskaper, så att de kan sända eller absorbera nästan 100 % av synligt ljus. När det gäller solceller, antireflekterande egenskaper spelar en viktig roll eftersom absorbering av mer ljus leder till en bättre övergripande prestanda.

I deras papper, forskarna förklarar hur de tillverkade en kiseldioxidyta (ett billigt material som vanligtvis används för att tillverka fönster och kameralinser) med samma nanostrukturerade mönster som cikadvingar (som mestadels är gjorda av kitin) genom att använda vingarna som mall. Genom att behandla biologiska cikadvingar i en lösning som innehåller kiseldioxid, sedan exponera de behandlade vingarna för högintensivt ultraljud, och slutligen låta vingarna stelna så att vingarna kan separeras från kiseldioxidmaterialet, forskarna kunde tillverka biomorfa kiseldioxidytor med samma nanostrukturerade mönster som cikadvingarna har.

"Vårt arbete visar att kiseldioxid med en antireflekterande struktur kan tillverkas direkt från cikadvingar genom en enkel och billig sol-gel-assisterad ultraljudsmetod, " berättade medförfattaren Wang Zhang vid Shanghai Jiao Tong University Phys.org . "Materialet uppvisar en hög prestanda av antireflekterande egenskaper i det synliga våglängdsområdet vid ett brett spektrum av infallsvinklar."

Tester visade att de nya ytorna har en mycket låg reflektans, absorberar så lite som 0,3 % av synligt ljus. Reflexionsegenskaperna varierar beroende på ljusets infallsvinkel, dock, och öka till 3,3 % med ökande infallsvinklar för ljuset. Forskarna förklarar att de goda antireflektionsegenskaperna uppstår på grund av vingarnas nanostrukturerade mönster, där nanostrukturernas dimensioner är mindre än ljusets våglängd. Detta mönster skapar en kontinuerligt graderad brytningsindexprofil från luft till materialets yta, vilket i huvudsak ger en väg för ljusstrålar att komma in i materialet och förhindrar dem från att reflekteras tillbaka ut.

Även om cikadvingar är naturligt superhydrofoba, forskarna kunde justera denna egenskap på kiseldioxidytan genom att ändra dess kemiska sammansättning, omvandla det till ett hydrofilt material. Med hydrofila egenskaper, ytan bildar lätt vätebindningar med vattenmolekyler. I kombination med materialets antireflekterande egenskaper, detta har effekten att förhindra dimma, föreslår potentiella tillämpningar för anti-imbildning och självrengörande optiska material. Forskarna planerar att utforska den här typen av tillämpningar i framtida arbete.

"I framtiden, vårt arbete är på väg mot att tillverka material med högt brytningsindex med antireflekterande strukturer för att studera deras multifunktionella egenskaper, som antireflektion, antibakteriell aktivitet, och superhydrofobicitet, " sa Zhang.

© 2017 Phys.org