I rivestimenti antiriflesso (AR) su plastica hanno una moltitudine di applicazioni pratiche, compresa la riduzione dell'abbagliamento sugli occhiali, monitor del computer e il display del tuo smartphone quando sei all'aperto. Ora, i ricercatori della Penn State hanno sviluppato un rivestimento AR che migliora i rivestimenti esistenti nella misura in cui può produrre plastica trasparente, come il plexiglas, praticamente invisibile.

"Questa scoperta è avvenuta mentre stavamo cercando di realizzare pannelli solari ad alta efficienza, " ha detto Chris Giebink, professore associato di ingegneria elettrica, Penn State. "Il nostro approccio prevedeva di concentrare la luce su piccoli, celle solari ad alta efficienza con lenti in plastica, e avevamo bisogno di ridurre al minimo la loro perdita di riflessione."

Avevano bisogno di un rivestimento antiriflesso che funzionasse bene sull'intero spettro solare e su più angolazioni mentre il sole attraversava il cielo. Avevano anche bisogno di un rivestimento che potesse resistere alle intemperie per lunghi periodi di tempo all'aperto.

"Ci sarebbe piaciuto trovare una soluzione pronta all'uso, ma non ce n'era uno che soddisfacesse i nostri requisiti di prestazione, " disse. "Allora, abbiamo iniziato a cercare la nostra soluzione".

Era un compito arduo. Sebbene sia relativamente facile realizzare un rivestimento che elimini la riflessione a una particolare lunghezza d'onda o in una particolare direzione, uno che potesse soddisfare tutti i loro criteri non esisteva. Ad esempio, i rivestimenti AR per occhiali sono mirati alla stretta porzione visibile dello spettro. Ma lo spettro solare è circa cinque volte più ampio dello spettro visibile, quindi un tale rivestimento non funzionerebbe bene per un sistema di celle solari a concentrazione.

I riflessi si verificano quando la luce viaggia da un mezzo, come l'aria, in un secondo mezzo, in questo caso plastica. Se la differenza nel loro indice di rifrazione, che specifica la velocità con cui viaggia la luce in un particolare materiale, è grande - l'aria ha un indice di rifrazione di 1 e plastica 1,5 - quindi ci sarà molta riflessione. L'indice più basso per un materiale di rivestimento naturale come il fluoruro di magnesio o il teflon è di circa 1,3. L'indice di rifrazione può essere graduato, variando lentamente, tra 1,3 e 1,5 mescolando materiali diversi, ma il divario tra 1,3 e 1 rimane.

In un articolo recentemente pubblicato online prima della stampa sul giornale Nano lettere , Giebink e coautori descrivono un nuovo processo per colmare il divario tra Teflon e aria. Hanno usato una molecola sacrificale per creare pori su scala nanometrica in Teflon evaporato, creando così un film di Teflon-aria a indice graduato che inganna la luce nel vedere una transizione graduale da 1 a 1,5, eliminando sostanzialmente tutti i riflessi.

"La cosa interessante del teflon, che è un polimero, è quando lo riscaldi in un crogiolo, le grandi catene polimeriche si scindono in frammenti più piccoli che sono abbastanza piccoli da volatilizzarsi e inviare un flusso di vapore. Quando questi atterrano su un substrato possono ripolimerizzare e formare Teflon, " ha detto Giebink.

Quando le molecole sacrificali vengono aggiunte al flusso, il Teflon si riforma intorno alle molecole. La dissoluzione delle molecole sacrificali lascia un film nanoporoso che può essere graduato aggiungendo più pori.

"Abbiamo interagito con una serie di aziende che sono alla ricerca di rivestimenti antiriflesso migliorati per la plastica, e alcune delle applicazioni sono state sorprendenti, " Ha detto. "Si va dall'eliminazione del bagliore dalle cupole di plastica che proteggono le telecamere di sicurezza all'eliminazione dei riflessi vaganti all'interno delle cuffie per realtà virtuale/aumentata".

Un'applicazione inaspettata è negli UAV ad alta quota, o veicoli aerei senza equipaggio. Questi sono aerei con un'apertura alare gigante che sono rivestiti con celle solari. Utilizzato principalmente per la ricognizione, questi aerei si affidano alla luce solare per rimanere in volo quasi perpetuo e quindi gran parte della luce che ricevono è ad un angolo di occhiata dove i riflessi sono più alti. Una delle aziende che produce queste celle solari sta esplorando il rivestimento AR per vedere se può migliorare la quantità di luce raccolta da un UAV.

Poiché la tecnologia è compatibile con le attuali tecniche di produzione, Giebink ritiene che la tecnologia di rivestimento sia scalabile e ampiamente applicabile. A questo punto, i suoi campioni di prova hanno resistito al clima della Pennsylvania centrale per due anni, con pochi cambiamenti nelle proprietà. Inoltre, il rivestimento è anche antiappannante.

"Il rivestimento aderisce bene a diversi tipi di plastica, ma non di vetro, " disse. "Allora, non sarà utile per il tuo tipico pannello solare sul tetto con una copertura protettiva in vetro. Ma se torna il fotovoltaico a concentrazione, una parte fondamentale di questi sono le lenti di Fresnel in plastica, e lì potremmo fare la differenza".