Forskare skapade en ny typ av glas som etsats med nanogrässtrukturer. Den översta bilden visar att text kan läsas genom normalt plattglas, medan glaset etsat med nanostruktur sprider ljus, att få glaset att se ogenomskinligt ut. Detta glas kan hjälpa till att öka prestanda för solceller och lysdioder. Upphovsman:Sajad Haghanifar, University of Pittsburgh
Använda nanoskala gräsliknande strukturer, forskare vid University of Pittsburgh, Pennsylvania har skapat glas som släpper igenom en stor mängd ljus medan det verkar disigt. Det här är första gången som glas har tillverkats med så höga dis- och ljustransmittansnivåer samtidigt, en kombination av egenskaper som kan bidra till att öka prestanda för solceller och lysdioder.
Glaset uppvisar en annan anmärkningsvärd egenskap:Det kan bytas från disigt till klart genom att applicera vatten. Detta kan göra det användbart för att skapa smarta fönster som ändrar dis eller ogenomskinlighet för att kontrollera integriteten i ett rum eller för att blockera bländning från solljus.
"Bytbart glas tillgängligt idag är ganska dyrt eftersom det använder transparenta ledande lager för att applicera en spänning över hela glaset, "sa Paul W. Leu från University of Pittsburghs Swanson School of Engineering, ledare för forskargruppen. "Vårt glas skulle vara potentiellt billigare att göra eftersom dess opacitet kan bytas på några sekunder genom att helt enkelt applicera eller ta bort vätska."
I Optica , The Optical Society's journal for high impact research, forskarna beskriver sitt nya nanogräsbaserade glas, som uppnår rekord 95 procent ljustransmittans och en lika hög grad av dis samtidigt. Forskarna experimenterade med glas etsat med nanogrässtrukturer från 0,8 till 8,5 mikron i höjd med "blad" som vardera mäter några hundra nanometer i diameter.
Upptäckten av omkopplingsbarhet var en av serendipity. "Jag rengjorde det nya nanograsglaset när jag upptäckte att glaset blev klart genom att rengöra det med vatten, "sa projektledaren, doktorand Sajad Haghanifar. Medan upptäckten var tillfällig, det kan enkelt förklaras. "Vattnet går mellan de extremt hydrofila nanostrukturerna, att få nanogräsglaset att fungera som ett plant underlag. Eftersom vatten har ett liknande brytningsindex som glaset, ljuset går rakt igenom det. När vattnet tas bort, ljuset träffar de spridda nanostrukturerna, att få glaset att se grumligt ut. "
Använda nanogräs för att förbättra solceller
Leus grupp utvecklade det nya glaset för att förbättra solcellernas förmåga att fånga ljus och förvandla det till ström. Nanostrukturmönster kan förhindra att ljuset reflekteras från solcellens yta. Dessa strukturer sprider också ljuset som kommer in i glaset, hjälper mer av ljuset att nå halvledarmaterialet i solcellen, där den omvandlas till makt.
Nytt glas etsat med nanogrässtrukturer kan bytas från disigt till klart genom att applicera vatten. Som visas här, att ta bort vattnet från glaset får det att bli grumligt igen. Detta omkopplingsbara glas kan erbjuda ett enkelt och billigt sätt att göra smarta fönster som växlar mellan klart och ogenomskinligt. Upphovsman:Sajad Haghanifar, University of Pittsburgh
Det nya glaset använder ett unikt mönster av nanostrukturer som liknar gräs. Eftersom strukturerna är högre än tidigare använda nanostrukturer, de ökar sannolikheten för att ljus sprids. Även om glas med nanostrukturerna verkar ogenomskinligt, test visade att det mesta av det spridda ljuset tränger igenom glaset.
Det faktum att glaset är mycket disigt och uppvisar hög transmittans kan också göra det användbart för lysdioder, som fungerar på ett sätt som i huvudsak är motsatsen till en solcell, genom att använda elektricitet som går in i en halvledare för att producera ljus som sedan avges från enheten. Det nya glaset kan potentiellt öka mängden ljus som gör det från halvledaren till omgivningen.
Att hitta rätt "gräs" höjd
Forskarna fann att kortare nanogräs förbättrade glasets antireflektionsegenskaper medan längre nanogräs tenderade att öka diset. Glas med 4,5 mikron hög nanogräs visade en fin balans på 95,6 procent transmittans och 96,2 procent dis för ljus med en 550 nanometer våglängd (gult ljus, en komponent i solljus).
Även om det krävs mer arbete för att uppskatta den exakta kostnaden för att tillverka det nya glaset, forskarna förutspår att deras glas kommer att vara billigt eftersom det är lätt att göra. Nanostrukturerna etsas in i glaset med hjälp av en process som kallas reaktiv jonetsning, en skalbar och enkel metod som vanligtvis används för att göra kretskort.
För att göra glaset till ett smart fönster som växlar från disigt till klart, det skulle kräva att en bit traditionellt glas placerades över nanograsglaset. Pumpar kan användas för att strömma vätska in i utrymmet mellan de två glasögonen, och en fläkt eller pump kan användas för att ta bort vattnet. Forskarna visade också att förutom vatten, applicering av aceton och toluen kan också byta glaset från disigt till klart.
"Vi genomför nu hållbarhetstester på det nya nanograsglaset och utvärderar dess självrengörande egenskaper, "sa Haghanifar." Självrengörande glas är mycket användbart eftersom det förhindrar behovet av robotiskt eller manuellt avlägsnande av damm och skräp som skulle minska effektiviteten hos solpaneler, oavsett om panelerna är på ditt hus eller på en Mars -rover. "
