چکیده:
پوشش‌های ضد بازتاب (AR) روی پلاستیک، کار بردهای عملی بسیاری، از جمله کاهش تابش بر روی عینک، مانیتور کامپیوتر و صفحه نمایش گوشی هوشمند شما در خارج از منزل دارد. در حال حاضر، محققان یک پوشش ضد بازتاب تولید کرده‌اند که پوشش‌های موجود را بهبود می‌بخشد تا بتواند پلاستیک‌های شفاف مانند پلکسی گلاس را عملا نامرئی کند.
تعداد کلمات: 1070   /   تخمین زمان مطالعه: 5 دقیقه

 

 

مترجم: علی رضایی میر قائد

     توضیح تصویر: گنبد پلاستیکی با یک پوشش ضد بازتاب جدید (راست) و گنبد بدون پوشش (سمت چپ)
 

پوشش‌های ضد بازتاب (AR) روی پلاستیک، کار بردهای عملی بسیاری، از جمله کاهش تابش بر روی عینک، مانیتور کامپیوتر و صفحه نمایش گوشی هوشمند شما در خارج از منزل دارد. در حال حاضر، محققان در ایالت پن یک پوشش ضد بازتاب تولید کرده‌اند که پوشش‌های موجود را بهبود می‌بخشد تا بتواند پلاستیک‌های شفاف مانند پلکسی گلاس را عملا نامرئی کند.
 
کریس جیبینک، دانشیار مهندسی برق ایالت پن گفت: "این کشف ناشی از تلاش ما برای ایجاد پانل‌های خورشیدی با کارآیی بالا بود." "روی کرد ما شامل تمرکز نور بر روی سلولهای خورشیدی کوچک و با کارایی بالا با استفاده از لنزهای پلاستیکی بود و ما نیاز داشتیم تا میزان انعکاس آنها را کاهش دهیم." اگر چه نسبتا آسان است که یک پوشش را بسازیم که انعکاس را در یک موج خاص یا در یک مسیر خاص از بین ببرد، اما یکی که بتواند در تمام طول موج‌ها و مسیرها چنین کند وجود ندارد.

 
آنها به یک پوشش ضد بازتاب نیاز داشتند که به خوبی در تمام طیف خورشیدی و در زوایای متعددی که نور خورشید آسمان را طی می‌کند عمل کند. آنها همچنین به پوششی نیاز داشتند که بتواند در طول زمانی طولانی در خارج از منزل در برابر هوا پایدار بماند.
 
وی گفت: "ما دوست داشتیم یک راه حل حاضر و آماده پیدا کنیم، اما راه حلی وجود نداشت که نیازهای اجرایی ما را برآورده کند." "بنابراین ما شروع به جستجوی راه حل خود کردیم."
 
این یک امر مشکل بود. اگر چه نسبتا آسان است که یک پوشش را بسازیم که انعکاس را در یک موج خاص یا در یک مسیر خاص از بین ببرد، اما یکی که بتواند در تمام طول موج‌ها و مسیرها چنین کند وجود ندارد. به عنوان مثال، پوشش‌های ضد بازتاب عینک برای قسمت مرئی باریک طیف هدف گیری شده‌اند. اما طیف خورشیدی در حدود پنج برابر بیشتر از طیف قابل مشاهده است، بنابراین چنین پوششی برای سیستم سلول خورشیدی متمرکز کننده خوب عمل نخواهد کرد.
 
بازتاب زمانی رخ می‌دهد که نور از یک محیط، مانند هوا، به محیط دوم، که در این مورد پلاستیک است، منتقل شود. اگر تفاوت در ضریب شکست آنها، که مشخص می‌کند که نور چقدر سریع در یک ماده خاص حرکت می‌کند، بزرگ باشد - هوا دارای ضریب شکست 1 و پلاستیک 1.5 است – آنگاه مقدار زیادی بازتاب وجود خواهد داشت. پایین‌ترین ضریب شکست برای یک ماده پوشش طبیعی مانند فلوراید منیزیم یا تفلون در حدود 1.3 است. ضریب شکست می‌تواند با ترکیب مواد مختلف، با تغییر آهسته، بین 1.3 و 1.5 درجه بندی شود، اما به هر حال شکاف بین 1.3 و 1 باقی می‌ماند.
 
Giebink و همکارانش در مقاله‌ای که به تازگی به صورت آنلاین پیش از چاپ در مجله Nano Letters منتشر شده، فرآیند جدیدی را برای پرکردن شکاف بین تفلون و هوا توصیف کردند. آنها از یک مولکول قربانی برای ایجاد منافذ نانومقیاس در تفلون تبخیر شده استفاده کردند، در نتیجه یک فیلم تفلون – هوا که دارای ضریب شکست درجه بندی شده است خلق شد که نور را برای دیدن یک انتقال صاف از 1 تا 1.5 گول می‌زند، و اساساً تمام بازتاب‌ها را حذف می‌کند.
 
Giebink  گفت: "چیز جالبی در مورد تفلون که یک پلیمر است، زمانی است که شما آن را در یک بوته گرم می کنید، زنجیره های پلیمری بزرگ به قطعات کوچکتر تقسیم می شوند که به اندازه کافی برای تخلیه و ارسال جریان شار بخار کوچک هستند.هنگامی که آنها روی یک زیر لایه بنشینند می توانند تفلون را دوباره بسازند و شکل دهند."
 
هنگامی که مولکول‌های قربانی به شار افزوده می‌شود، تفلون در اطراف مولکول‌ها اصلاح می‌شود. با از بین بردن مولکول‌های قربانی، یک فیلم نانومتخلخل ایجاد می‌شود که می تواند با افزودن تخلخل یا منافذ بیشتر، درجه بندی شود.
 
وی گفت: "ما با تعدادی از شرکت‌هایی که به دنبال پوشش‌های بهبود یافته ضد بازتاب برای پلاستیک هستند، تعامل داشته‌ایم و برخی از کاربردها شگفت انگیز بوده است." "این کاربردها دامنه‌ای از قابلیت برای از بین بردن تابش خیره کننده از گنبدهای پلاستیکی که از دوربین‌های امنیتی محافظت می‌کنند تا از بین بردن بازتاب‌های سرگردان در داخل هدست‌های واقعی / یا واقعی-تقویت شده دارند."
 
یک کاربرد غیر منتظره آنها در وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین دارای ارتفاع بالاست. اینها هواپیماهای غول پیکری با بال های بزرگ هستند که با سلول‌های خورشیدی پوشانده شده‌اند. از آنها به طور عمده برای شناسایی استفاده می‌شود، این هواپیماها به نور خورشید وابسته هستند تا در پروازی دائمی باقی بمانند و بنابراین بسیاری از نورهایی که آنها دریافت می‌کنند در یک زاویه خراشان قرار دارد که بازتاب‌ها در آن بیشترین مقدار خود را دارد. یکی از شرکت‌هایی که این سلول‌های خورشیدی را تولید می‌کند، در حال جستجو برای پوشش ضد بازتابی است که احتمالاً بتواند مقدار نور جذب شده توسط هواپیما را افزایش دهد. پایین‌ترین ضریب شکست برای یک ماده پوشش طبیعی مانند فلوراید منیزیم یا تفلون در حدود 1.3 است. ضریب شکست می‌تواند با ترکیب مواد مختلف، با تغییر آهسته، بین 1.3 و 1.5 درجه بندی شود، اما به هر حال شکاف بین 1.3 و 1 باقی می‌ماند.
 
از آنجا که این تکنولوژی با تکنیک‌های تولید فعلی سازگار است، Giebink معتقد است که تکنولوژی پوشش دهی، مقیاس پذیر و قابل استفاده است. در این مرحله، نمونه‌های آزمایشی او  برای دو سال در برابر هوای پنسیلوانیای مرکزی پایدار بوده‌اند، و تغییرات کمی در خواص داشته‌اند. علاوه بر این، پوشش همچنین ضد مه است.
 
او گفت: "پوشش به انواع مختلف پلاستیک، اما نه شیشه، به خوبی می‌چسبد. بنابراین، برای پانل خورشیدی معمولی شما با پوشش شیشه‌ای محافظتی مفید نخواهد بود. اما اگر تمایل به تمرکز بر فتوولتائیک‌ها باز گردد، چون بخش مهمی از آنها لنزهای فرنل پلاستیکی است ما می توانیم نقش مهمی ایفا کنیم."
 
برگرفته از:
Baomin Wang، Christian J. Ruud، Jared S. Price، Hoyeon Kim، Noel C. Giebink. پوشش ضد بازتاب فلوئور پلیمر درجه بندی شده برای اپتیک پلاستیک نامرئی. Nano Letters، 2019؛ DOI: 10.1021 / acs.nanolett.8b03886