Стекло демонстрирует еще одно замечательное качество: его можно переключить с мутного на прозрачное с помощью воды. Это может сделать его полезным для создания умных окон, которые изменяют дымку или непрозрачность, чтобы контролировать конфиденциальность комнаты или блокировать блики от солнечного света.«Переключаемое стекло, доступное сегодня, довольно дорогое, потому что в нем используются прозрачные проводящие слои для подачи напряжения по всему стеклу», — сказал Пол У. Леу из инженерной школы Свонсона Университета Питтсбурга, руководитель исследовательской группы. «Наше стекло было бы потенциально дешевле в производстве, потому что его непрозрачность можно изменить за считанные секунды, просто нанеся или удалив жидкость».В Optica исследователи описывают свое новое стекло на основе нанотравы, которое одновременно обеспечивает рекордное пропускание света 95 процентов и столь же высокую степень матовости.
Исследователи экспериментировали со стеклом с травлеными структурами из нанотравы от 0,8 до 8,5 микрон высотой с «лезвиями», каждое из которых составляло несколько сотен нанометров в диаметре.Открытие возможности переключения было неожиданным. «Я чистил новое стекло из нанотравы, когда обнаружил, что после очистки водой стекло становится прозрачным», — сказал руководитель проекта, аспирант Саджад Хаганифар. Хотя открытие было случайным, его легко объяснить. «Вода проходит между чрезвычайно гидрофильными наноструктурами, благодаря чему стекло из нанотравы действует как плоский субстрат.
Поскольку вода имеет очень похожий показатель преломления со стеклом, свет проходит прямо через него. Когда вода удаляется, свет попадает на рассеивающие наноструктуры, из-за чего стекло кажется мутным ».
Использование нанотравы для улучшения солнечных элементовГруппа Леу разработала новое стекло, чтобы улучшить способность солнечных элементов улавливать свет и превращать его в энергию. Образцы наноструктур могут препятствовать отражению света от поверхности солнечного элемента. Эти структуры также рассеивают свет, попадающий в стекло, помогая большему количеству света достигать полупроводникового материала внутри солнечного элемента, где он преобразуется в энергию.
В новом стекле используется уникальный узор из наноструктур, который очень похож на траву. Поскольку структуры выше, чем ранее использовавшиеся наноструктуры, они увеличивают вероятность рассеяния света. Хотя стекло с наноструктурами кажется непрозрачным, тесты показали, что большая часть рассеянного света проходит через стекло.
Тот факт, что стекло очень мутное и демонстрирует высокий коэффициент пропускания, также может сделать его полезным для светодиодов, которые работают по принципу, противоположному солнечному элементу, за счет использования электричества, которое проникает в полупроводник для получения света, который затем излучается из Устройство. Новое стекло потенциально может увеличить количество света, попадающего из полупроводника в окружающую среду.Как правильно подобрать высоту для травыИсследователи обнаружили, что более короткая нанотрава улучшает антиотражающие свойства стекла, а более длинная нанотрава имеет тенденцию к увеличению матовости.
Стекло с нанотравой высотой 4,5 микрона показало хороший баланс пропускания 95,6 процента и матовости 96,2 процента для света с длиной волны 550 нанометров (желтый свет, составляющая солнечного света).Хотя требуется дополнительная работа, чтобы оценить точную стоимость производства нового стекла, исследователи предсказывают, что их стекло будет недорогим, потому что его легко изготовить. Наноструктуры вытравливаются на стекле с помощью процесса, известного как реактивное ионное травление, масштабируемого и простого метода, обычно используемого для изготовления печатных плат.Чтобы превратить стекло в умное окно, которое переключается с мутного на прозрачное, потребуется положить кусок традиционного стекла на стекло с нанотравой.
Насосы можно использовать для подачи жидкости в пространство между двумя стаканами, а для удаления воды можно использовать вентилятор или насос. Исследователи также показали, что, помимо воды, нанесение ацетона и толуола также может переключить стекло с мутного на прозрачное.
«Сейчас мы проводим испытания на долговечность нового стекла с нанотравой и оцениваем его самоочищающиеся свойства», — сказал Хаганифар. «Самоочищающееся стекло очень полезно, потому что оно предотвращает необходимость в роботизированном или ручном удалении пыли и мусора, что снизило бы эффективность солнечных панелей, независимо от того, находятся ли они в вашем доме или на марсоходе».