Nanorurki i najmniej odbijający materiał

4 marca 2007

WarstwaNaukowcy odkryli, że pokrycie powierzchni nanorurkami z dwutlenku krzemu, umieszczonymi pod kątem, silnie redukuje współczynnik refrakcji (załamania, zmiany kierunku) światła danego materiału. Otrzymana tym sposobem najmniej odbijająca światło powłoka pozwoli na produkcję jaśniejszych diod LED oraz wydajniejszych baterii słonecznych.

Refleksywność powierzchni zależy między innymi od współczynnika refrakcji. Im większa różnica pomiędzy jego wartością dla dwu materiałów, tym większe odbicie fal. Próżnia, która nie ma żadnego wpływu na kierunek światła, ma wartość współczynnika załamania równą 1, dla wody jest to 1,33, a dla szkła około 1,5.

Tymczasem współczynnik ten dla krzemu, będącego aktywnym materiałem w bateriach słonecznych, przyjmuje wartość ponad 3,5. Dzięki temu bez dodatkowych usprawnień odbija on tylko 30% światła, które do niego dociera. Ma to duży wpływ na wydajność tych baterii.

Fred Schubert z Instytutu Politechniki Rensselaer w Troy w Nowym Jorku odkrył, że warstwa nanorurek ułożona na powierzchni pod kątem 45° posiada współczynnik refrakcji niemal taki, jak powietrze. Umieszczenie serii takich nanorurkowych warstw, z których każda następna ma nieco większy współczynnik załamania, jeszcze bardziej obniża refleksywność powierzchni. Oznacza to, że nie ma żadnych gwałtownych zmian współczynnika refrakcji między powietrzem a pokrytym materiałem (płytką z azotku glinu).

Aerożel, czyli przypominająca pianę siatka ze szkła wypełnionego bąbelkami powietrza, może jeszcze mocniej zredukować współczynnik załamania materiału. Problem w tym, że nie ma możliwości zrobienia z niego cienkiego pokrycia. Tymczasem z 'przekrzywionych' nanorurek można formować niezwykle cienkie powłoki.

Podobnie jak w aerożelach, w warstwie nanorurkowej jest sporo pustki. Dzięki temu współczynnik załamania materiałów udaje się obniżyć do zaledwie 5% jego wartości dla powietrza. Naukowcy twierdzą, że pozwoli to na produkcję nowatorskich materiałów z użytecznymi właściwościami optycznymi.

Będzie można podnieść wydajność krzemowych baterii słonecznych, ponieważ będą pochłaniać więcej energii świetlnej. W urządzeniach takich jak LED zostaną zmniejszone straty wynikające z odbicia. Nowe materiały ulepszą też fotograficzne soczewki i lustra, odbijające selektywnie tylko określone długości fal.

„To ważny pierwszy krok”, oznajmił George Dobrowolski z Instytutu Nauk Mikrostrukturalnych Kanadyjskiej Narodowej Rady Badawczej w Ottawie. Podkreśla jednak, że wszystko zależy od tego, czy technikę uda się zaadaptować do produkcji przemysłowej.

Wewnętrzna struktura nanorurkowej powłoki jest mniejsza niż długość fali światła, dzięki czemu zachowuje się jak ciało stałe o małej gęstości. „Uzyskaliśmy nową klasę materiałów”, stwierdził Schubert. Najistotniejsza właściwość polega na tym, że redukowane jest odbicie wszystkich długości i kątów padającego światła. Obecne antyrefleksyjne warstwy są zwykle zoptymalizowane pod jedną długość fali.


Bool za New Scientist

:: Źródło ::



blog comments powered by Disqus