Согревающая золотая наноплёнка может предотвратить запотевание очков
Исследователи из Швейцарии разработали прозрачное покрытие, предотвращающее запотевание очков и других линз, которое избирательно поглощает инфракрасные волны солнечного света. Материал, который нагревает поверхность для предотвращения конденсации, легко масштабируется и долговечен и может решить многие проблемы, которые мешают современным технологиям защиты от запотевания. Запотевание происходит, когда теплый влажный воздух сталкивается с относительно холодной поверхностью, вызывая конденсацию водяного пара. Большинство коммерческих покрытий против запотевания работают, делая поверхность супер гидрофильной, заставляя капли растекаться в тонкую пленку. К сожалению, такие покрытия также притягивают загрязнения. Альтернативой является создание супер гидрофобной поверхности, чтобы предотвратить прилипание капель, но это требует создания поверхности с наноузором. «Очень трудно найти прочное масштабируемое покрытие, которое было бы супергидрофобным на стекле», — говорит Иван Хехлер из ETH Zurich.
Хэхлер и его коллеги из ETH Zurich применили совершенно другой подход, рассеивая энергию солнечного света в виде тепла, повышая температуру поверхности и предотвращая конденсацию. Исследователи работали с такими фото термическими поверхностями и в прошлом, объясняет Хехлер, но «либо они довольно темные, потому что поглощают большую часть видимого солнечного спектра, либо, если вы идете в ближний инфракрасный диапазон, который составляет 50% солнечного света — тогда они довольно узкополосные».
В новой работе они нанесли слой золота толщиной 5-6 нм между двумя слоями оксида титана путем термического испарения.И атомы золота естественным образом сгруппировались в случайные островки. Золото само по себе является сильным плазмонным поглотителем определенных видимых частот, но пленка толщиной менее 5 нм недостаточна, чтобы уменьшить видимую прозрачность. Однако при правильно выбранной толщине золота между островками появляются нелокальные плазмонные резонансы в ближней инфракрасной области. Эта особенность, которая делает технологию масштабируемой, также дает ей широкий спектр поглощения. «У вас есть комбинация всех размеров частиц, так что вы всегда найдете тот размер, который подходит для вашей длины волны», — объясняет Габриэль Шноринг . «Это наноструктурный материал, но из нужных нам статистических свойств мы можем изготовить его, используя обычные методы осаждения». В результате получается материал, который нагревается на солнце примерно на 8°C, с пиковым поглощением инфракрасного излучения около 40%, оставаясь при этом очень прозрачным. «Даже при очень низкой интенсивности солнечного света он по-прежнему эффективен», — говорит Хехлер. «Малейшее повышение температуры очень сильно влияет на вероятность образования тумана».
Исследователи протестировали материал в различных практических ситуациях, например, на очковых линзах владельца маски FFP2 и на листах из полиэстера, приклеенных к окнам, и обнаружили, что характеристики намного превосходят контрольные замеры. Они подали заявку на патент. «Это действительно интересная и умная идея, — говорит Ган Чен из Массачусетского технологического института. «Люди использовали фототермические покрытия в других направлениях, например, для защиты от обледенения. Они увидели, что эту идею можно использовать, скажем, для стекла, а для этого нужно, чтобы пленка была прозрачной в видимом спектральном диапазоне — и это новинка». Он считает, что подход должен быть легко масштабируемым, хотя и предвидит одно ограничение. «Вам нужно существование инфракрасного света — так насколько он будет эффективен, если вы пойдете например, в темноте?» «Было предпринято несколько попыток показать такое поглощение в ближнем инфракрасном диапазоне при сохранении некоторой прозрачности видимого спектра», — соглашаются Симин Хэ из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Чжиюань Хэ из Пекинского технологического института. «Это покрытие решает проблему нестабильности в средах с высокой влажностью, существующую в современных стратегиях защиты от запотевания прозрачных поверхностей, что имеет большое практическое значение».
