Utilizzando strutture simili all'erba su scala nanometrica, ricercatori dell'Università di Pittsburgh, La Pennsylvania ha creato un vetro che lascia passare una grande quantità di luce mentre appare nebuloso. Questa è la prima volta che il vetro è stato realizzato con livelli così elevati di foschia e trasmissione luminosa allo stesso tempo, una combinazione di proprietà che potrebbe aiutare a migliorare le prestazioni delle celle solari e dei LED.

Il vetro mostra un'altra qualità notevole:può essere cambiato da velato a trasparente applicando acqua. Ciò potrebbe renderlo utile per la creazione di finestre intelligenti che modificano la foschia o l'opacità per controllare la privacy di una stanza o per bloccare l'abbagliamento della luce solare.

"Il vetro commutabile disponibile oggi è piuttosto costoso perché utilizza strati conduttori trasparenti per applicare una tensione attraverso l'intero vetro, " ha affermato Paul W. Leu della Swanson School of Engineering dell'Università di Pittsburgh, capo del gruppo di ricerca. "Il nostro vetro sarebbe potenzialmente meno costoso da realizzare perché la sua opacità può essere cambiata in pochi secondi semplicemente applicando o rimuovendo il liquido".

In ottica , La rivista della Optical Society per la ricerca ad alto impatto, i ricercatori descrivono il loro nuovo vetro a base di nanograss, che raggiunge contemporaneamente una trasmissione luminosa record del 95 percento e un grado di foschia altrettanto elevato. I ricercatori hanno sperimentato il vetro inciso con strutture di nanograss da 0,8 a 8,5 micron di altezza con "lame" ciascuna delle quali misura poche centinaia di nanometri di diametro.

La scoperta della commutabilità è stata una serendipità. "Stavo pulendo il nuovo vetro nanograss quando ho scoperto che pulirlo con acqua rendeva il vetro trasparente, " ha detto il capo progetto, studente laureato Sajad Haghanifar. Mentre la scoperta era casuale, può essere facilmente spiegato. "L'acqua passa tra le nanostrutture estremamente idrofile, facendo agire il vetro nanograss come un substrato piatto. Poiché l'acqua ha un indice di rifrazione molto simile al vetro, la luce lo attraversa direttamente. Quando l'acqua viene rimossa, la luce colpisce le nanostrutture di dispersione, rendendo il vetro appannato."

Utilizzo di nanograss per migliorare le celle solari

Il gruppo di Leu ha sviluppato il nuovo vetro per migliorare la capacità delle celle solari di catturare la luce e trasformarla in energia. I modelli di nanostruttura possono impedire alla luce di riflettersi sulla superficie della cella solare. Queste strutture diffondono anche la luce che entra nel vetro, aiutando più luce a raggiungere il materiale semiconduttore all'interno della cella solare, dove si converte in potenza.

Il nuovo vetro utilizza un modello unico di nanostrutture che assomiglia molto all'erba. Poiché le strutture sono più alte delle nanostrutture utilizzate in precedenza, aumentano la probabilità che la luce venga dispersa. Sebbene il vetro con le nanostrutture appaia opaco, i test hanno mostrato che la maggior parte della luce diffusa si fa strada attraverso il vetro.

Il fatto che il vetro sia molto velato e mostri un'elevata trasmittanza potrebbe renderlo utile anche per i LED, che funzionano in un modo che è essenzialmente l'opposto di una cella solare, utilizzando l'elettricità che entra in un semiconduttore per produrre luce che viene poi emessa dal dispositivo. Il nuovo vetro potrebbe potenzialmente aumentare la quantità di luce che arriva dal semiconduttore all'ambiente circostante.

Trovare la giusta altezza 'erba'

I ricercatori hanno scoperto che il nanograss più corto migliorava le proprietà antiriflesso del vetro mentre il nanograss più lungo tendeva ad aumentare la foschia. Il vetro con nanograss alto 4,5 micron ha mostrato un buon equilibrio tra il 95,6 percento di trasmittanza e il 96,2 percento di foschia per la luce con una lunghezza d'onda di 550 nanometri (luce gialla, una componente della luce solare).

Sebbene sia necessario più lavoro per stimare il costo esatto di produzione del nuovo vetro, i ricercatori prevedono che il loro bicchiere sarà poco costoso perché è facile da realizzare. Le nanostrutture sono incise nel vetro utilizzando un processo noto come attacco ionico reattivo, un metodo scalabile e semplice comunemente usato per realizzare circuiti stampati.

Per trasformare il vetro in una finestra intelligente che passa da velato a trasparente, sarebbe necessario posizionare un pezzo di vetro tradizionale sopra il vetro nanograss. Le pompe potrebbero essere utilizzate per far fluire il liquido nello spazio tra i due bicchieri, e un ventilatore o una pompa potrebbero essere usati per rimuovere l'acqua. I ricercatori hanno anche dimostrato che oltre all'acqua, l'applicazione di acetone e toluene può anche far passare il vetro da nebuloso a trasparente.

"Stiamo ora conducendo test di durata sul nuovo vetro nanograss e ne stiamo valutando le proprietà autopulenti, " ha detto Haghanifar. "Il vetro autopulente è molto utile perché evita la necessità di rimozione robotizzata o manuale di polvere e detriti che ridurrebbe l'efficienza dei pannelli solari, se i pannelli sono a casa tua o su un rover su Marte".