Wie weleens buiten foto’s maakt met zijn telefoon, weet hoe vervelend reflecties op glas kunnen zijn. Amerikaanse wetenschappers hebben daar iets op gevonden: ze etsen smalle nanokegeltjes in het glas, waardoor de reflecties bijna helemaal verdwijnen.
Daardoor wordt het glas nagenoeg onzichtbaar. Goed nieuws voor de makers van displays, maar ook van zonnepanelen, omdat de opbrengst daarvan omhoog kan.
Ingenieurs en materiaalkundigen van het Center for Functional Nanomaterials (CFN) van het Brookhaven National Laboratory maakten eerst een masker met een zichzelf herhalende nanostructuur, meldt het onderzoekslab in een persbericht. Met dit masker ervoor etsten ze een glasplaatje, waarna op het oppervlak een bijzondere structuur overbleef. Microscoopopnamen laten een woud van smalle kegeltjes zien van een paar honderd nanometer hoog en ongeveer 50 nm breed aan de basis.
Geleidelijke verandering
Die kegeltjes veranderen de optische eigenschappen van het glasoppervlak rigoureus. Normaal gesproken is een glasplaat een kaarsrechte afscheiding tussen twee materialen met heel verschillende brekingsindices. Daardoor zal een lichtstraal die op een mooi vlakke glasplaat valt voor een deel terugkaatsen met dezelfde hoek als de invallende lichtstraal. Het andere deel van het licht gaat het glas ín (zie figuur hieronder).
Bij het nanogestructureerde oppervlak van de Amerikanen gaat dit heel anders. Door de scherpe kegeltjes van glas verandert de brekingsindex die een lichtstraal tegenkomt heel geleidelijk van die van lucht naar die van glas. Dat zorgt ervoor dat reflecties nauwelijks optreden, wat de openingsfoto goed laat zien. En het bijzondere glas vertoont deze eigenschap ook nog eens over een breed golflengtespectrum – van zichtbaar licht tot het nabije infrarood – en bij verschillende invalshoeken van het licht.
Displays en zonnecellen
Daardoor geeft een beeldscherm van dit glas nauwelijks nog reflecties. Bij proeven met een versie van de nanostructuur met kegels van 300 nm hoog bleek van rood licht (golflengte 633 nm) slechts 0,2 % terug te komen; 99,8 % gaat dus door het glas heen. Ook bij licht met een hogere golflengte van 2500 nm lag dit getal nog altijd boven de 95 %.
Zonnecellen zullen eveneens van de techniek kunnen profiteren, doordat er veel minder energie verloren gaat in de vorm van reflecties. Dat demonstreerde het team door middel van praktijkproeven met een commercieel verkrijgbare zonnecel. Die dekten ze achtereenvolgens af met een gewone glasplaat en met een nanogestructureerde glasplaat. Het gewone glas beïnvloedde de hoeveelheid opgewekte stroom nadelig. Bij het behandelde glas leek het echter net alsof het er niet was: deze zonnecel wekte evenveel stroom op als een zonnecel zonder glaslaag.
Industrieel proces
‘We zijn optimistisch over de mogelijkheden. Niet alleen presteert de nanostructuur heel goed, we denken ook dat deze oppervlaktebehandeling heel geschikt is om op te schalen naar een industrieel proces’, aldus CFN-directeur Charles Black in het persbericht.
Wat het kost om glas zo te behandelen dat het geen reflecties meer vertoont, is niet bekendgemaakt. Goedkoop zal het vast – nog – niet zijn. Maar als het bij een bepaalde toepassingen extra van belang is dat glas geen reflecties geeft, is er nu in ieder geval een prima techniek beschikbaar.
Het onderzoek werd gepubliceerd in Applied Physics Letters.
Beeldmateriaal: Andreas Liapis et al., Appl. Phys. Lett., 2017
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.