Usando estructuras de hierba a nanoescala, investigadores de la Universidad de Pittsburgh, Pensilvania ha creado un vidrio que deja pasar una gran cantidad de luz y parece brumoso. Esta es la primera vez que se fabrica vidrio con niveles tan altos de neblina y transmitancia de luz al mismo tiempo. una combinación de propiedades que podrían ayudar a mejorar el rendimiento de las células solares y los LED.

El vidrio presenta otra cualidad notable:se puede cambiar de turbio a transparente aplicando agua. Esto podría resultar útil para crear ventanas inteligentes que cambien la neblina u opacidad para controlar la privacidad de una habitación o para bloquear el deslumbramiento de la luz solar.

"El vidrio intercambiable disponible hoy en día es bastante caro porque utiliza capas conductoras transparentes para aplicar un voltaje en todo el vidrio, "dijo Paul W. Leu, de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh, líder del equipo de investigación. "Nuestro vidrio sería potencialmente menos costoso de fabricar porque su opacidad se puede cambiar en cuestión de segundos simplemente aplicando o quitando líquido".

En Optica , La revista de la Optical Society para la investigación de alto impacto, los investigadores describen su nuevo vidrio a base de nanograss, que alcanza una transmitancia de luz récord del 95 por ciento y un grado de neblina similarmente alto al mismo tiempo. Los investigadores experimentaron con vidrio grabado con estructuras de nanograss de 0,8 a 8,5 micrones de altura con "hojas" de unos pocos cientos de nanómetros de diámetro cada una.

El descubrimiento de la intercambiabilidad fue algo fortuito. "Estaba limpiando el nuevo vidrio nanograss cuando descubrí que limpiarlo con agua hacía que el vidrio se volviera transparente, "dijo el líder del proyecto, estudiante de posgrado Sajad Haghanifar. Si bien el descubrimiento fue incidental, se puede explicar fácilmente. "El agua pasa entre las nanoestructuras extremadamente hidrófilas, haciendo que el vidrio nanograss actúe como un sustrato plano. Debido a que el agua tiene un índice de refracción muy similar al del vidrio, la luz la atraviesa. Cuando se quita el agua, la luz incide en las nanoestructuras que se dispersan, haciendo que el vidrio parezca brumoso ".

Usando nanograss para mejorar las células solares

El grupo de Leu desarrolló el nuevo vidrio para mejorar la capacidad de las células solares para capturar la luz y convertirla en energía. Los patrones de nanoestructura pueden evitar que la luz se refleje en la superficie de la célula solar. Estas estructuras también dispersan la luz que ingresa al vidrio, ayudando a que más luz llegue al material semiconductor dentro de la celda solar, donde se convierte en poder.

El nuevo vidrio utiliza un patrón único de nanoestructuras que se parece mucho a la hierba. Debido a que las estructuras son más altas que las nanoestructuras utilizadas anteriormente, aumentan la probabilidad de que la luz se esparza. Aunque el vidrio con las nanoestructuras parece opaco, Las pruebas mostraron que la mayor parte de la luz dispersa atraviesa el cristal.

El hecho de que el vidrio sea muy brumoso y exhiba una alta transmitancia también podría hacerlo útil para los LED. que funcionan de una manera que es esencialmente lo opuesto a una célula solar, mediante el uso de electricidad que ingresa a un semiconductor para producir luz que luego se emite desde el dispositivo. El nuevo vidrio podría aumentar potencialmente la cantidad de luz que pasa del semiconductor al entorno.

Encontrar la altura correcta de la 'hierba'

Los investigadores encontraron que el nanograss más corto mejoraba las propiedades antirreflectantes del vidrio, mientras que el nanograss más largo tendía a aumentar la neblina. El vidrio con nanograss de 4.5 micrones de alto mostró un buen equilibrio de 95.6 por ciento de transmitancia y 96.2 por ciento de neblina para luz con una longitud de onda de 550 nanómetros (luz amarilla, un componente de la luz solar).

Aunque se necesita más trabajo para estimar el costo exacto de fabricación del nuevo vidrio, los investigadores predicen que su vidrio será económico porque es fácil de hacer. Las nanoestructuras se graban en el vidrio mediante un proceso conocido como grabado con iones reactivos, un método sencillo y escalable que se utiliza habitualmente para fabricar placas de circuito impreso.

Para convertir el vidrio en una ventana inteligente que cambie de nebuloso a claro, sería necesario colocar un trozo de vidrio tradicional sobre el vidrio de nanograss. Se pueden usar bombas para hacer fluir líquido en el espacio entre los dos vasos, y se podría usar un ventilador o una bomba para eliminar el agua. Los investigadores también demostraron que además del agua, la aplicación de acetona y tolueno también puede cambiar el vidrio de turbio a transparente.

"Ahora estamos realizando pruebas de durabilidad en el nuevo vidrio nanograss y estamos evaluando sus propiedades de autolimpieza, ", dijo Haghanifar." El vidrio autolimpiante es muy útil porque evita la necesidad de una eliminación manual o robótica de polvo y escombros que reducirían la eficiencia de los paneles solares, ya sea que los paneles estén en su casa o en un vehículo explorador de Marte ".