Una delle caratteristiche più immediatamente riconoscibili del vetro è il modo in cui riflette la luce. Ma un nuovo modo di creare texture superficiali sul vetro, sviluppato da ricercatori del MIT, elimina virtualmente i riflessi, producendo un vetro che è quasi irriconoscibile a causa della sua assenza di abbagliamento - e la cui superficie fa rimbalzare le gocce d'acqua subito, come piccole palline di gomma.

Il nuovo bicchiere “multifunzionale”, basato su nanotessiture superficiali che producono una serie di caratteristiche coniche, è autopulente e resiste all'appannamento e all'abbagliamento, dicono i ricercatori. In definitiva, sperano che possa essere realizzato utilizzando un processo di produzione poco costoso che potrebbe essere applicato a dispositivi ottici, gli schermi di smartphone e televisori, pannelli solari, parabrezza delle auto e persino finestre negli edifici.

La tecnologia è descritta in un articolo pubblicato sulla rivista ACS Nano , co-autore degli studenti laureati in ingegneria meccanica Kyoo-Chul Park e Hyungryul Choi, ex postdoc Chih-Hao Chang SM '04, PhD '08 (ora alla North Carolina State University), professore di ingegneria chimica Robert Cohen, e professori di ingegneria meccanica Gareth McKinley e George Barbastathis.

Pannelli fotovoltaici, Parco spiega, possono perdere fino al 40% della loro efficienza entro sei mesi poiché polvere e sporco si accumulano sulle loro superfici. Ma un pannello solare protetto dal nuovo vetro autopulente, lui dice, avrebbe un problema molto minore. Inoltre, il pannello sarebbe più efficiente perché più luce verrebbe trasmessa attraverso la sua superficie, invece di essere riflesso, specialmente quando i raggi del sole sono inclinati di un angolo acuto rispetto al pannello. In tali momenti, come la mattina presto e il tardo pomeriggio, il vetro convenzionale potrebbe riflettere più del 50 percento della luce, mentre una superficie antiriflesso ridurrebbe la riflessione ad un livello trascurabile.

Mentre alcuni lavori precedenti hanno trattato i pannelli solari con rivestimenti idrofobici, le nuove superfici multifunzionali create dal team del MIT sono ancora più efficaci nel respingere l'acqua, mantenendo i pannelli puliti più a lungo, dicono i ricercatori. Inoltre, i rivestimenti idrofobici esistenti non prevengono le perdite riflettenti, conferendo al nuovo sistema un ulteriore vantaggio.

Altre applicazioni potrebbero includere dispositivi ottici come microscopi e fotocamere da utilizzare in ambienti umidi, dove potrebbero essere utili sia le capacità antiriflesso che antiappannamento. Nei dispositivi touch-screen, il vetro non solo eliminerebbe i riflessi, ma resisterebbe anche alla contaminazione da sudore.

In definitiva, se il costo di tale vetro può essere abbassato a sufficienza, anche i finestrini dell'auto potrebbero trarne vantaggio, Choi dice, pulirsi da sporco e sabbia sulla superficie esterna delle finestre, eliminando abbagliamenti e riflessi che possono compromettere la visibilità, e prevenire l'appannamento sulla superficie interna.

Il modello di superficie - costituito da una serie di coni su scala nanometrica che sono cinque volte più alti della loro larghezza di base di 200 nanometri - si basa su un nuovo approccio di fabbricazione sviluppato dal team del MIT utilizzando tecniche di rivestimento e incisione adattate dall'industria dei semiconduttori. La fabbricazione inizia rivestendo una superficie di vetro con diversi strati sottili, compreso uno strato di fotoresist, che viene poi illuminato con un motivo a griglia e inciso; successive incisioni producono le forme coniche. Il team ha già richiesto un brevetto sul processo.

Poiché è la forma della superficie nanostrutturata, piuttosto che un particolare metodo per ottenere tale forma, a fornire le caratteristiche uniche, Park e Choi affermano che in futuro film di vetro o polimeri trasparenti potrebbero essere prodotti con tali caratteristiche superficiali semplicemente facendoli passare attraverso una coppia di rulli testurizzati mentre sono ancora parzialmente fusi; un tale processo aggiungerebbe minimamente al costo di fabbricazione.

I ricercatori affermano di aver tratto ispirazione dalla natura, dove le superfici strutturate che vanno dalle foglie di loto ai carapaci degli scarabei del deserto e agli occhi di falena si sono sviluppate in modi che spesso soddisfano più scopi contemporaneamente. Sebbene gli array di nanoconi appuntiti sulla superficie appaiano fragili se osservati al microscopio, i ricercatori dicono che i loro calcoli mostrano che dovrebbero essere resistenti a una vasta gamma di forze, che vanno dall'impatto di gocce di pioggia in un forte acquazzone o polline e sabbia spinti dal vento fino a colpire direttamente con un dito. Saranno necessari ulteriori test per dimostrare quanto bene le superfici nanostrutturate resistono nel tempo nelle applicazioni pratiche.

Andrew Parker, un ricercatore in visita senior presso il Green Templeton College dell'Università di Oxford nel Regno Unito che non è stato coinvolto in questo lavoro, dice, “Le superfici multifunzionali negli animali e nelle piante sono comuni. Per la prima volta, per quanto ne so, questo documento impara dalla natura una lezione sull'efficienza produttiva realizzando un dispositivo antiriflesso e antiappannamento ottimizzato. Questo è il modo in cui funziona la natura, e potrebbe essere il futuro di un'ingegneria più verde in cui due strutture, e due processi produttivi, sono sostituiti da uno”.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.