En ny typ av metayta använder solen för att rensa dimmiga skärmar

Pixabay

När ett par glasögon imma kan det vara besvärande. Men när en bilvindruta eller en astronauts hjälm dimmar kan konsekvenserna bli ödesdigra. Det är därför bilar och rymddräkter har sina egna luftkonditioneringssystem för att ta bort eller förhindra imma.

Men luftkonditionering är dyrt, skrymmande och miljövänligt. Så ingenjörer och materialforskare är angelägna om att hitta ett sätt att förhindra imma mer effektivt.

Ange Christopher Walker och kollegor från ETH i Zürich, Schweiz, som har designat ett nytt material med egenskaper som inte liknar något som finns i den naturliga världen. Deras material - eller metayta, för att ge det dess rätta namn - fångar strålning från solen och använder den för att bränna bort eventuell kondens eller förhindra att den bildas i första hand. Resultatet är ett effektivt och relativt billigt sätt att tackla detta lömska problem.

En metayta är ett material konstruerat för att ha ytegenskaper som inte finns i naturen. De skapas ofta med hjälp av ett upprepande mönster av mindre enheter, såsom nanopartiklar.

I det här fallet skapar teamet sin yta genom att täcka en kiselskiva med guldnanopartiklar och försegla dem på plats med ett lager titandioxid. De upprepade sedan denna process för att skapa flera lager.

Nanopartiklarna absorberar en del av solljuset som träffar dem, vilket ger glaset en nyans. Men de värms också upp, vilket höjer glasets yttemperatur med upp till 10 °C.

Det är nyckeln till att förhindra imma. Värmen hindrar antingen vatten från att kondensera eller gör att eventuellt vatten avdunstar.

En viktig fråga är om detta tillvägagångssätt överträffar konventionella anti-imbildningstekniker. Det vanligaste av dessa är att belägga glas i ett superhydrofilt eller superhydrofobt material. Dessa gör ingenting för att förhindra kondens, men de ändrar storleken och beteendet hos de vattendroppar som bildas, vilket ofta skapar ett kontinuerligt tunt lager av vatten på ytan.

För att ta reda på hur metaytan kan jämföras, ställde teamet den mot en obehandlad yta och de belagda med superhydrofila och superhydrofoba material.

Resultaten är övertygande. Forskarna säger att deras nya metayta avsevärt minskar kondensationshastigheten och ökar avdunstningshastigheten jämfört med andra material.

Och eftersom guldnanopartiklarna skyddas av ett titanoxidskikt är dessa ytor också robusta. Vi tror att den här forskningen kommer att leda till mer robusta och förbättrade passiva anti-imbildnings- och avimgningsytor, säger de.

Det är intressant arbete. Den nya metaytan är relativt enkel att tillverka, vilket öppnar vägen för storskalig tillverkning av en lång rad material som glas och polymerer. Detta tillvägagångssätt skulle resultera i avsevärda prestandavinster för applikationer som fönster, vindrutor, elektroniska displayer, kameror, speglar och glasögon, säger de.

Naturligtvis utnyttjar materialet solljus, vilket väcker frågan om hur det kan fungera på natten. Ytan kan fortfarande torkas av eller rengöras med frisk luft. Men metaytan väcker möjligheten till andra mekanismer, såsom en artificiell belysningskälla. I framtiden kan anti-imning vara lika enkelt som att tända en lampa.

Ref: arxiv.org/abs/1904.02534 : Transparenta metasytor som motverkar imma genom att utnyttja solljus

Dölj