Se você já assistiu televisão em qualquer lugar, menos escuridão total, usou um computador sentado sob a iluminação do teto ou perto de uma janela, ou tire uma foto ao ar livre em um dia ensolarado com seu smartphone, você experimentou um grande incômodo nas telas de exibição modernas:reflexos. A maioria dos dispositivos eletrônicos de hoje são equipados com tampas de vidro ou plástico para proteção contra poeira, umidade, e outros contaminantes ambientais, mas o reflexo da luz nessas superfícies pode dificultar a visualização das informações exibidas nas telas.

Agora, cientistas do Center for Functional Nanomaterials (CFN) - um Departamento de Energia do Departamento de Energia dos Estados Unidos do Laboratório Nacional de Brookhaven - demonstraram um método para reduzir os reflexos de superfícies de vidro a quase zero gravando pequenos recursos em nanoescala neles.

Sempre que a luz encontra uma mudança abrupta no índice de refração (o quanto um raio de luz se curva ao cruzar de um material para outro, como entre o ar e o vidro), uma parte da luz é refletida. Os recursos em nanoescala têm o efeito de fazer com que o índice de refração mude gradualmente do ar para o do vidro, evitando assim reflexos. O vidro nanotexturado ultratransparente é anti-reflexo em uma ampla faixa de comprimento de onda (todo o espectro visível e infravermelho próximo) e em uma ampla faixa de ângulos de visão. Os reflexos são tão reduzidos que o vidro se torna essencialmente invisível.

Esse "vidro invisível" poderia fazer mais do que melhorar a experiência do usuário em visores eletrônicos de consumo. Ele poderia aumentar a eficiência de conversão de energia das células solares, minimizando a quantidade de luz solar perdida durante a reflexão. Também pode ser uma alternativa promissora aos revestimentos anti-reflexos propensos a danos convencionalmente usados ​​em lasers que emitem poderosos pulsos de luz, tais como aqueles aplicados à fabricação de dispositivos médicos e componentes aeroespaciais.

"Estamos entusiasmados com as possibilidades, "disse o diretor da CFN Charles Black, autor correspondente no artigo publicado online em 30 de outubro em Cartas de Física Aplicada . "Não só o desempenho desses materiais nanoestruturados é extremamente alto, mas também estamos implementando ideias da nanociência de uma maneira que acreditamos ser favorável à fabricação em grande escala. "

O ex-pós-doutorado do Brookhaven Lab, Andreas Liapis, agora um pesquisador no Wellman Center for Photomedicine do Massachusetts General Hospital, e Atikur Rahman, professor assistente do Departamento de Física do Instituto Indiano de Educação e Pesquisa em Ciências, Pune, são co-autores.

Para texturizar as superfícies de vidro em nanoescala, os cientistas usaram uma abordagem chamada automontagem, que é a habilidade de certos materiais de formar espontaneamente arranjos ordenados por conta própria. Nesse caso, a automontagem de um material de copolímero em bloco forneceu um modelo para gravar a superfície do vidro em uma "floresta" de estruturas em forma de cone em nanoescala com pontas afiadas - uma geometria que elimina quase completamente os reflexos da superfície. Os copolímeros em bloco são polímeros industriais (cadeias de moléculas repetidas) que são encontrados em muitos produtos, incluindo solas de sapato, fitas adesivas, e interiores automotivos.

Black e colegas do CFN usaram anteriormente uma técnica de nanotexturização semelhante para transmitir silício, copo, e alguns materiais plásticos com propriedades repelentes de água e autolimpantes e habilidades antiembaçantes, e também para fazer células solares de silício anti-reflexas. As nanotexturas de superfície imitam aquelas encontradas na natureza, como os minúsculos postes de captura de luz que escurecem os olhos das mariposas para ajudar os insetos a evitar a detecção por predadores e os cones de cera que mantêm as asas da cigarra limpas.

"Esta técnica simples pode ser usada para nanotexturar quase qualquer material com controle preciso sobre o tamanho e a forma das nanoestruturas, "disse Rahman." A melhor coisa é que você não precisa de uma camada de revestimento separada para reduzir o brilho, e as superfícies nanotexturadas superam qualquer material de revestimento disponível hoje. "

"Eliminamos os reflexos das janelas de vidro, não revestindo o vidro com camadas de diferentes materiais, mas alterando a geometria da superfície em nanoescala, "acrescentou Liapis." Como nossa estrutura final é composta inteiramente de vidro, é mais durável do que os revestimentos anti-reflexos convencionais. "

Para quantificar o desempenho das superfícies de vidro nanotexturado, os cientistas mediram a quantidade de luz transmitida e refletida nas superfícies. Em bom acordo com suas próprias simulações de modelo, as medições experimentais de superfícies com nanotexturas de diferentes alturas mostram que cones mais altos refletem menos luz. Por exemplo, superfícies de vidro cobertas com nanotexturas de 300 nanômetros de altura refletem menos de 0,2 por cento da luz vermelha de entrada (comprimento de onda de 633 nanômetros). Mesmo no comprimento de onda do infravermelho próximo de 2.500 nanômetros e ângulos de visão de até 70 graus, a quantidade de luz que passa pelas superfícies nanoestruturadas permanece alta - acima de 95 e 90 por cento, respectivamente.

Em outro experimento, eles compararam o desempenho de uma célula solar de silício comercial sem cobertura, com uma tampa de vidro convencional, e com cobertura de vidro nanotexturado. A célula solar com tampa de vidro nanotexturado gerou a mesma quantidade de corrente elétrica que aquela sem tampa. Eles também expuseram seu vidro nanotexturado a pulsos curtos de laser para determinar a intensidade com que a luz do laser começa a danificar o material. Suas medições revelam que o vidro pode suportar três vezes mais energia óptica por unidade de área do que os revestimentos anti-reflexo comercialmente disponíveis que operam em uma ampla faixa de comprimento de onda.

"Nosso papel no CFN é demonstrar como a nanociência pode facilitar o projeto de novos materiais com propriedades aprimoradas, "disse Black." Este trabalho é um grande exemplo disso - adoraríamos encontrar um parceiro para ajudar a promover esses materiais notáveis ​​em direção à tecnologia. "