Ett malöga och lotusblad var inspirationen till en antireflekterande vattenavvisande, eller superhydrofob, glasbeläggning som har betydande potential för solpaneler, linser, detektorer, fönster, vapensystem och många andra produkter.

Upptäckten av forskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory, detaljerad i en tidning publicerad i Journal of Materials Chemistry C , är baserad på ett mekaniskt robust nanostrukturerat lager av porös glasfilm. Beläggningen kan anpassas för att vara superhydrofob, dimmbeständig och antireflekterande.

"Medan lotusblad stöter bort vatten och rengör sig själv när det regnar, en nattfjärils ögon är antireflekterande på grund av naturligt täckta avsmalnande nanostrukturer där brytningsindexet gradvis ökar när ljuset färdas till malens hornhinna, sa Tolga Aytug, huvudförfattare till tidningen och medlem av ORNL:s Material Chemistry Group. "Kombinerad, dessa funktioner ger verkligt spelförändrande förmåga att designa beläggningar för specifika egenskaper och prestanda."

För att vara superhydrofob, en yta måste uppnå en kontaktvinkel för vattendroppar som överstiger 150 grader. ORNL:s beläggning har en kontaktvinkel på mellan 155 och 165 grader, så vattnet bokstavligen studsar av, för bort damm och smuts. Denna egenskap i kombination med dämpning av ljusreflektion från en glasyta är avgörande för förbättrad prestanda i många optiska tillämpningar, sa Aytug.

Basmaterialet - en speciell typ av glasbeläggning - är också mycket hållbart, vilket skiljer den från konkurrerande teknologier, enligt Aytug, som beskrev processen.

"Vi utvecklade en metod som börjar med att deponera ett tunt lager av glasmaterial på en glasyta följt av termisk bearbetning och selektivt materialborttagning genom etsning, ", sa han. "Detta ger en yta som består av ett poröst tredimensionellt nätverk av glas med hög kiseldioxidhalt som liknar mikroskopisk korall."

Det faktum att beläggningen kan tillverkas med industristandardtekniker gör det enkelt och billigt att skala upp och applicera på en mängd olika glasplattformar.

"Den unika tredimensionella sammankopplade nanoporösa naturen hos våra beläggningar undertrycker avsevärt Fresnelljusreflektioner från glasytor, ger förbättrad överföring över ett brett spektrum av våglängder och vinklar, " sa Aytug. Fresneleffekten beskriver mängden ljus som reflekteras kontra mängden som sänds ut.

När det gäller solpaneler, undertryckandet av reflekterat ljus översätts till en 3-6 procents relativ ökning av ljus-till-elektricitetskonverteringseffektiviteten och uteffekten från cellerna. Tillsammans med den superhydrofoba självrenande förmågan, detta kan också avsevärt minska underhålls- och driftskostnaderna för solpaneler. Dessutom, beläggningen är mycket effektiv för att blockera ultraviolett ljus.

Andra potentiella tillämpningar inkluderar glasögon, periskop, optiska instrument, fotodetektorer och sensorer. Dessutom, den superhydrofoba egenskapen kan vara effektiv för att förhindra is- och snöansamling på optiska element och kan hindra biologisk förorening i marina applikationer.

Aytug betonade att beläggningens nötningsbeständighet fullbordar paketet, vilket gör den lämplig för otaliga applikationer.

"Denna kvalitet skiljer den från traditionella polymer- och pulverbaserade motsvarigheter, som i allmänhet är mekaniskt ömtåliga, "Aytug sa. "Vi har visat att våra nanostrukturglasbeläggningar uppvisar överlägsen mekanisk motståndskraft mot stötnötning - som sandstormar - och är termiskt stabila mot temperaturer som närmar sig 500 grader Celsius."