Usando estruturas semelhantes a grama em nanoescala, pesquisadores da Universidade de Pittsburgh, A Pensilvânia criou vidros que deixam passar uma grande quantidade de luz enquanto parecem turvos. Esta é a primeira vez que o vidro foi feito com níveis tão altos de neblina e transmissão de luz ao mesmo tempo, uma combinação de propriedades que podem ajudar a impulsionar o desempenho de células solares e LEDs.

O vidro exibe outra qualidade notável:pode ser alterado de turvo para transparente com a aplicação de água. Isso pode torná-lo útil para a criação de janelas inteligentes que alteram a névoa ou opacidade para controlar a privacidade de uma sala ou para bloquear o brilho da luz solar.

"O vidro comutável disponível hoje é bastante caro porque usa camadas condutoras transparentes para aplicar uma voltagem em todo o vidro, "disse Paul W. Leu, da Escola de Engenharia Swanson da Universidade de Pittsburgh, líder da equipe de pesquisa. "Nosso vidro seria potencialmente mais barato de fazer porque sua opacidade pode ser trocada em questão de segundos simplesmente aplicando ou removendo o líquido."

No Optica , O jornal da Optical Society para pesquisas de alto impacto, os pesquisadores descrevem seu novo vidro à base de nanogramas, que atinge um recorde de 95 por cento de transmissão de luz e um grau similarmente alto de neblina ao mesmo tempo. Os pesquisadores fizeram experiências com vidro gravado com estruturas de nanogramas de 0,8 a 8,5 mícrons de altura com "lâminas", cada uma medindo algumas centenas de nanômetros de diâmetro.

A descoberta da comutabilidade foi um acaso. "Eu estava limpando o novo vidro nanograss quando descobri que limpá-lo com água fazia com que o vidro ficasse claro, "disse o líder do projeto, estudante de pós-graduação Sajad Haghanifar. Embora a descoberta tenha sido acidental, pode ser facilmente explicado. "A água passa entre as nanoestruturas extremamente hidrofílicas, fazendo com que o vidro nanograss atue como um substrato plano. Como a água tem um índice de refração muito semelhante ao do vidro, a luz passa direto por ele. Quando a água é removida, a luz atinge as nanoestruturas de dispersão, fazendo o vidro parecer turvo. "

Usando nanograss para melhorar as células solares

O grupo de Leu desenvolveu o novo vidro para melhorar a capacidade das células solares de capturar luz e transformá-la em energia. Os padrões nanoestruturados podem impedir que a luz seja refletida na superfície da célula solar. Essas estruturas também espalham a luz que entra no vidro, ajudando mais da luz a atingir o material semicondutor dentro da célula solar, onde é convertido em poder.

O novo vidro usa um padrão único de nanoestruturas que se parece muito com grama. Como as estruturas são mais altas do que as nanoestruturas usadas anteriormente, eles aumentam a probabilidade de dispersão da luz. Embora o vidro com as nanoestruturas pareça opaco, testes mostraram que a maior parte da luz espalhada atravessa o vidro.

O fato de que o vidro é altamente turvo e exibe alta transmitância também pode torná-lo útil para LEDs, que funcionam de uma maneira que é essencialmente o oposto de uma célula solar, usando eletricidade que entra em um semicondutor para produzir luz que é então emitida pelo dispositivo. O novo vidro pode aumentar potencialmente a quantidade de luz que sai do semicondutor para as redondezas.

Encontrando a altura certa da 'grama'

Os pesquisadores descobriram que as nanogramas mais curtas melhoraram as propriedades antirreflexo do vidro, enquanto as nanogramas mais longas tendiam a aumentar a névoa. O vidro com nanogramas de 4,5 mícrons de altura mostrou um bom equilíbrio de 95,6 por cento de transmitância e 96,2 por cento de neblina para luz com comprimento de onda de 550 nanômetros (luz amarela, um componente da luz solar).

Embora seja necessário mais trabalho para estimar o custo exato de fabricação do novo vidro, os pesquisadores preveem que seu vidro será barato porque é fácil de fazer. As nanoestruturas são gravadas no vidro usando um processo conhecido como corrosão iônica reativa, um método escalonável e direto comumente usado para fazer placas de circuito impresso.

Para transformar o vidro em uma janela inteligente que muda de nebulosa para clara, seria necessário colocar um pedaço de vidro tradicional sobre o vidro nanograss. As bombas podem ser usadas para fluir o líquido para o espaço entre os dois vidros, e um ventilador ou bomba pode ser usado para remover a água. Os pesquisadores também mostraram que, além da água, aplicar acetona e tolueno também pode mudar o vidro de turvo para transparente.

"Estamos agora conduzindo testes de durabilidade no novo vidro nanograss e avaliando suas propriedades de autolimpeza, "disse Haghanifar." O vidro autolimpante é muito útil porque evita a necessidade de remoção robótica ou manual de poeira e detritos que reduziriam a eficiência dos painéis solares, se os painéis estão em sua casa ou em um Mars rover. "