Ile możemy się jeszcze nauczyć od natury? Zdecydowanie bardzo dużo, czerpiąc inspirację choćby za świata owadów. Naukowcy odkryli, iż malutkie guzki naśladujące powierzchnię oka ćmy, maksymalizują ilość światła przepuszczanego przez soczewki.
Stworzenia prowadzące nocny tryb życia, dają się zauważyć dzięki połyskowi oczu w smudze światła. Natomiast ćmy, a dokładnie ich oczy, nie odbijają światła, dlatego też ciężko je dostrzec. Czym jest to spowodowane? Mianowicie ich rogówka składa się z malutkich guzków nanometrycznej wielkości , ułożonych zazwyczaj w sześciokątne formy. Właśnie sposób ułożenia guzków i ich wielkość sprawia, że oko ćmy jest zdolne do wyłapywania promieni świetlnych o różnych długościach i pod różnym kątem. Wielkość tych nierówności to około 250nm.
Charakterystyczny rozkład guzków na powierzchni oka ćmy.
Badacze M. Saifullah oraz Hemaunt Raut z Instytutu Badań Materiałów i Inżynierii A*STAR w Singapurze, opracowali powłokę, której własności optyczne odpowiadają cechom najlepszych powłok antyrefleksyjnych. Co więcej, jest bardziej wytrzymała, a metoda jej produkcji nie jest zbyt skomplikowana. W przybliżeniu, 8% padającego światła jest odbijane w wyniku jego przejścia z powietrza do szkła, co wiąże się z różnicą współczynnika załamania światła pomiędzy tymi dwoma ośrodkami. Warstwy antyrefleksyjne stanowią tak jakby ośrodek przejściowy, który minimalizuje odbicie padającego światła. Powierzchnia oka ćmy posiada ośrodek pośredni w postaci drobnych nierówności (250nm wysokości), co było już wykorzystywane na warstwach polimerowych, lecz charakteryzowało się zbyt małą trwałością do zastosowań zewnętrznych. Powłoka opracowana przez naukowców z Singapuru jest zbudowana z quasi sześciennej struktury półtora tlenku krzemu (SiO3/2), która tworzy molekularną pułapkę składającą się z atomów krzemu i tlenu. Zespół badawczy połączył zmodyfikowaną formę tej struktury z trzema innymi związkami, co pozwoliło uzyskać silne i trwałe wiązania pomiędzy nimi, a następnie umieszczono mieszaninę na szkle.
Struktura przestrzenna RSiO3/2
Przy pomocy procesu zwanego nanolitografią, naukowcy docisnęli mieszaninę w formie zbudowanej z niklu, a następnie ogrzewali do temperatury 130 stopni Celsjusza, wywołując reakcję sieciowania i uzyskując cienką warstwę polimerową. Sekwencję tą powtórzono, aby otrzymać analogiczną warstwę na drugiej stronie szkła. Po niezliczonej liczbie testów różnych proporcji składników, naukowcy uzyskali niesamowity wynik 98,2% światła przenikającego. Zaprojektowana przez nich powłoka zdecydowanie poprawia przepuszczalność światła padającego szerokokątnie, poprzez stopniowe uginanie promieni świetlnych. Co więcej, warstwa nie wykazuje jakichkolwiek cech degradacji po 100 godzinach przebywania w wodzie o temperaturze 85 stopni Celsjusza. Odporna jest także na działanie kwasu siarkowego i posiada zwiększoną wytrzymałość na zarysowania niż powłoki konwencjonalne. Jedyną przeszkodą do wprowadzenia technologii na rynek komercyjny jest opracowanie technologii produkcji w skali przemysłowej, ze względu na wykorzystanie nanolitografii. Powłoki antyrefleksyjne znajdą zastosowanie nie tylko w produkcji lepszych soczewek, ale również ogniw fotowoltaicznych. Przykładowo, w ogniwach krzemowych odbiciu ulega aż 35% światła, więc część energii zostaje bezpowrotnie utracona.
Źródła:
[1] Raut, H. et al. Robust and durable polyhedral oligomeric silsesquioxane-based anti-reflective nanostructures with broadband quasi-omnidirectional properties, Energy & Environmental Science 6, 1929–1937 (2013).
[2] http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2013/EE/
c3ee24037a#!divAbstract | 28.10.2013
[3] Carpet Moth by Johan J.Ingles-Le Nobel, flickr.com, CC BY 2.0
[4] Blurred vision by Quinn Dombrowski, flickr.com, CC BY 2.0
[5] Silsesquioxane T8 Cube by Sephirothazule, commons.wikimedia.org, domena publiczna
[6] http://wol.jw.org/pl/wol/d/r12/lp-p/102010252 | 28.10.2013