Staklo ima jedinstven izgled - uprkos njegovj jasnoći i providnosti možete videti da li postoji neki materijal na njemu zbog načina na koji reflektuje svetlost, i pritom da to nije plastika ili kristal. Staklo, međutim, nosi sa sobom probleme, poput odsjaja, zamagljivanja i sakupljanja prašine.
Grupa istraživača sa MIT-a (Masačusetski Institut tehnologije) pronašao je nove načine da se kreiraju nizovi konusnih površina mikronskog obima od nanotekstura za prozvodnju stakla koje se samo čisti, nema odsjaja i koje ne magli. Istraživači veruju da nanoteksturna površina može da se napravi po dovoljno niskoj ceni tako da može da se primeni na optičke uređaje, ekrane pametnih telefona i televizora, solarnim panelima, vetrobranima, pa čak i prozorima u zgradama.
Iako su mnogi drugi pristupi pokušali da stvore staklene površine koje se same čiste, nemaju odsjaj i ne magle, uključujući metodom površinskih dlaka, oponašajući površine lotusovog lišća, korišćenjem polimera nanosilicijuma koji ne magli i naelektrisane površine koje odbija prašinu, grupa sa MIT je prva koja je pronašla jedinstvenu površinu koja kombinuje ove osobine.
Skenirani elektronski mikrograf poprečnog preseka nanoteksturnog stakla
Površinski obrazac - koji se sadrži od niza konusa nano veličine, koje su pet puta visoke u odnosu na svoju bazu širine 200 nanometara - zasniva se na novom pristupu fabrikacije koji je tim sa MIT-a razviju korišćenjem tehnika slojeva i nagrizanja koje su usvojene iz industrije proizvodnje poluprovodnika. Izrada počinje premazom staklene površine sa nekoliko tankih slojeva, uključujući i fotootporni sloj, koji se zatim obasja sa mrežnim obrascima koje se urežu; uzastopno graviranje proizvodi konusne oblike. Tim je već podneo zahtev za patent ovog procesa.
Iako nizovi zašiljenih nanokonusa na površini deluju krhko kada se posmatraju mikroskopski, oni bi trebalo da budu otporni na širok opseg snaga, počev od udara kišnih kapi po jakoj kiši ili od polena i peska nošenog vetrom, do direktnih ubadanja sa prstom. Dalje testiranje će biti potrebno da pokaže koliko dobro nanoteksturne površine će izdržati duže vremensko izlaganje.
Nanoteksturni prozori ostvaruju svoje jedinstvene osobine efikasno povećavajući površinsku energiju vode, dok u isto vreme zadržava bilo koju svetlost koja bi inače bila reflektovana od površine stakla. Prvi efekat je prikazan na slici ispod. Leva slika pokazuje kap vode koja se širi na normalnoj staklenoj površini. Staklo ima veoma veliku površinsku energiju, dok je površinska energija vode mnogo manja. Kao rezultat, da bi se smanjila ukupna energija sistema, voda se širi okolo koliko god je moguće (širenje je na kraju ograničeno stopom isparavanja).
Slika desno priča nam drugačiju priču. Iako je površinska energija po jedinici prostora ista kao za ravnu površinu, kada konus prodre u kapi vode, velika površina stakla je pokrivena po ceni veoma mela površine vode. U stvari, površinska energija staklene površine se smanjuje odnosom ovih površina (oko deset puta za nanoteksture korišćene od strane MIT-a).
Kao rezultat toga, energija se troši u guranju vodene kapi na konuse. Pored toga, površina vodene kapi se povećava zato što raste zbog dislociranja vode od strane konusa. Neto efekat je da je vodena kap odbijena od strane nanoteksturne površine. A dok je u kontaktu sa površinom, voda takođe kupi prašinu sa stakla, od koje je većina suspendovana blizu ili iznad gornjih delova konusa zato što ne može da prodre u male razmake između njih.
Ovaj isti nanotekstil eliminiše odsjaj od staklene površine. Na levoj strani slike ispod, svetlosni zrak se delimično reflektuje od površine stakla (u ovom uglu, oko 6% svetlosti se reflektuje).
Desni deo ove slike pokazuje svetlosni zrak u interakciji sa nanoteksturnom staklenom površinom. Svaka refleksija zraka smanjuje intenzitet reflektivnog zraka za oko 6%, tako da prvi odsjaj ostavlja zrak sa 6% originalnog intenziteta. Drugi odskok osražava samo 0,36%, treći 0,22%, dok četvrti odbija samo 0,0013% od originalnog intenziteta. Krajnji rezultat je da se praktično nikakva svetlost ne reflektuje sa nanoteksturne površine.
Apsolventi mašinskog fakulteta, Kjo-Čul Park (Kyoo-Chul Park) i Hjangrial Čoi (Hyungryul Choi), koji su bili koautori istraživanja, zajedno sa postdoktorskim studentom Čih-Hao Čangom (Chih-Hao Chang), profesorom hemijskog inženjeringa Robertom Koenom (Robert Cohen), i profesorima mašinstva Geretom Mekkinlijem (Gereth McKinley) i Džordžom Barbastatisom (George Barbastathis), kažu da je nauka iza oblika nanoteksturne površine ona koja proizvodi jedinstvene površinske osobine. Takođe, oni dodaju da je moguće da se staklo ili transparentni polimer filmovi proizvedu i sa takvim površinskim karakteristikama jednostavno ih provlačeći kroz par teksturisanih valjaka dok su još uvek delimično izliveni. Takav proces bi minimalno uticao na cenu proizvodnje.
Među mnogo mogućim upotrebama su ekrani pametnih telefona i tableta koji nemaju odsjaja i koji su veoma lagani za čišćenje, prozori koji se sami čiste i ne magle u zgradama i automobilima, i površine solarnih panela koje neće reflektovati svetlost i koje će, uopšteno, ostati bez prašine u otvorenim aplikacijama (čime se povećava izlazna snaga na 10-15%). Izum čiji je glavni efekat da smanji iritaciju i frustraciju nemogućnosti jasnog vida donosi svima olakšanje.
Video ispod pokazuje kapljice vode koje se bukvalno odbijaju od nanoteksturne staklene površine:
Linkovi:
Povezani tekstovi sa portala Gradjevinarstvo.rs:
