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能让塑料“消失”的增透膜

2019-02-12 09:21:35

标签:

新闻-塑化

塑料上的增透膜具有多种实际应用,例如减少户外环境下的眼镜、计算机和智能手机上屏幕的眩光。

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现在,宾夕法尼亚州立大学的研究人员已研发出一种增强版的增透膜,它可以使透明塑料(如树脂玻璃)在视觉上几乎不可见。

宾夕法尼亚州立大学电气工程副教授Chris Giebink表示:“这一发明是我们在制造更高效率的太阳能电池板时研发出来的。我们的方法是利用塑料透镜将光线聚焦到小型的高效太阳能电池上,因此需要最大程度地减少其反射损失。”

他们需要一种能够适用于在整个太阳光谱和多角度照射的增透膜,还需要一种能够长时间经受户外天气考验的增透膜。

“我们本来期望能够找到一种现成的解决方案,但是没有一种方案能满足我们的性能要求,”他说。 “所以,我们就开始研发自己的解决方案。”

这是一个棘手的问题。虽然制造能够消除特定波长或特定方向反射光的增透膜相对容易,但是符合所有标准的增透膜却没有。

例如,眼镜增透膜是针对光谱的窄谱可见光谱发挥作用。但是太阳光谱的宽度约为可见光谱的五倍,因此这种涂层并不适用聚光太阳能电池系统。

当光从一种介质(例如空气)传播到第二种介质(这里指塑料)时会发生反射。如果两种的折射率(指光在特定材料中的传播速率)差异很大,例如空气折射率为1,塑料折射率为1.5,则会产生很多光反射。

天然涂料如氟化镁或特氟隆(Teflon)的折射率最低指数约为1.3。通过混合不同的材料,折射率可以在1.3和1.5之间进行缓慢渐变,但是就是折射率渐变到1.3,它和空气折射率1之间的差异仍旧存在。

最近在纳米快报杂志线上发表的一篇论文中,Giebink和他的研究伙伴介绍了一种消除特氟隆与空气之间折射率差距的新技术。

他们利用牺牲分子(sacrificial molecul)在蒸发的特氟隆中制造纳米级孔隙,进而打造出具有渐变折射率的Teflon — 空气薄膜,从视觉上“哄骗”光线,让光线“看到”折射率从1到1.5的平滑转变,从而基本上消除了所有的反射。

“有趣的是,当你用坩锅加热特氟隆这种聚合物时,大聚合物链会分裂为成较小片状,这些碎片小到可以挥发并发出蒸汽通量。当它们落在基板上时又会重新聚合形成特氟隆。”Giebink说。

当加入牺牲分子时,特氟隆将围绕这些分子重新成形。将牺牲分子溶解出来之后,就留下了可以通过添加更多孔隙来实现渐变的纳米多孔膜。

“我们一直在与一些寻求改良塑料增透膜的企业进行沟通,其中一些应用令人意想不到,”他说。 “从消除摄像头塑料保护圆顶眩光,到消除虚拟/增强现实耳机内的杂散反射,都能够用到这种增透膜。”

还有一个更意想不到的应用是在高空无人机或无人驾驶中。这些带有巨大的翼展,翼展上面覆有太阳能电池涂层。这些主要用于侦察的无人机依靠阳光来保持不间断飞行,因此它们接收的大量光线处于反射最高的掠射角度。

制造这些太阳能电池的其中一家公司正在研究这款增透膜,看它是否能够提高无人机接收到得光量。

由于该技术与当前的制造技术兼容,Giebink认为涂层技术具有可扩展性及广泛的应用潜力。目前为止,测试样本已经在宾夕法尼亚州中部耐受了两年的气候考验,而性能几乎没有任何变化。另外,增透膜也具有防雾功能。

“涂层可以很好地粘附在不同种类的塑料上,但不能粘附在玻璃上,”他表示。 “因此,它并不适用于带有玻璃保护罩的特定太阳能屋顶。

但如果聚光光伏电池还会再卷土重来,这类电池的其中一个关键部件就是菲涅尔(Fresnel)塑料透镜,到时我们的增透膜就可以在那里发挥作用。”

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