En utilisant des structures semblables à de l'herbe à l'échelle nanométrique, chercheurs de l'Université de Pittsburgh, La Pennsylvanie a créé du verre qui laisse passer une grande quantité de lumière tout en paraissant flou. C'est la première fois que du verre est fabriqué avec des niveaux de brume et de transmission de la lumière aussi élevés en même temps, une combinaison de propriétés qui pourraient aider à augmenter les performances des cellules solaires et des LED.

Le verre présente une autre qualité remarquable :il peut passer de trouble à clair en appliquant de l'eau. Cela pourrait le rendre utile pour créer des fenêtres intelligentes qui modifient la brume ou l'opacité pour contrôler l'intimité d'une pièce ou pour bloquer l'éblouissement du soleil.

"Le verre commutable disponible aujourd'hui est assez cher car il utilise des couches conductrices transparentes pour appliquer une tension sur l'ensemble du verre, " a déclaré Paul W. Leu de la Swanson School of Engineering de l'Université de Pittsburgh, chef de l'équipe de recherche. "Notre verre serait potentiellement moins coûteux à fabriquer car son opacité peut être modifiée en quelques secondes en appliquant ou en retirant simplement du liquide."

Dans Optique , Le journal de l'Optical Society pour la recherche à fort impact, les chercheurs décrivent leur nouveau verre à base de nanoherbe, qui atteint un taux de transmission de la lumière record de 95 % et un degré de brume tout aussi élevé en même temps. Les chercheurs ont expérimenté du verre gravé avec des structures de nanoherbes de 0,8 à 8,5 microns de hauteur avec des "lames" mesurant chacune quelques centaines de nanomètres de diamètre.

La découverte de la commutation a été un heureux hasard. "Je nettoyais le nouveau verre nanograss quand j'ai découvert que le nettoyer avec de l'eau rendait le verre clair, " a déclaré le chef de projet, étudiant diplômé Sajad Haghanifar. Alors que la découverte était fortuite, cela s'explique facilement. "L'eau passe entre les nanostructures extrêmement hydrophiles, faire en sorte que le verre nanograss agisse comme un substrat plat. Parce que l'eau a un indice de réfraction très similaire au verre, la lumière le traverse directement. Lorsque l'eau est retirée, la lumière frappe les nanostructures diffusantes, faire paraître le verre brumeux."

Utiliser la nanoherbe pour améliorer les cellules solaires

Le groupe de Leu a développé le nouveau verre pour améliorer la capacité des cellules solaires à capturer la lumière et à la transformer en énergie. Les motifs de nanostructure peuvent empêcher la lumière de se refléter sur la surface de la cellule solaire. Ces structures diffusent également la lumière qui pénètre dans le verre, aider une plus grande partie de la lumière à atteindre le matériau semi-conducteur à l'intérieur de la cellule solaire, où il est converti en puissance.

Le nouveau verre utilise un motif unique de nanostructures qui ressemble beaucoup à de l'herbe. Parce que les structures sont plus hautes que les nanostructures précédemment utilisées, ils augmentent la probabilité que la lumière soit dispersée. Bien que le verre avec les nanostructures semble opaque, les tests ont montré que la majeure partie de la lumière diffusée se frayait un chemin à travers le verre.

Le fait que le verre soit très trouble et présente une transmittance élevée pourrait également le rendre utile pour les LED, qui fonctionnent d'une manière qui est essentiellement à l'opposé d'une cellule solaire, en utilisant l'électricité qui pénètre dans un semi-conducteur pour produire de la lumière qui est ensuite émise par l'appareil. Le nouveau verre pourrait potentiellement augmenter la quantité de lumière qui passe du semi-conducteur dans l'environnement.

Trouver la bonne hauteur d'herbe

Les chercheurs ont découvert qu'une nanoherbe plus courte améliorait les propriétés antireflet du verre, tandis qu'une nanoherbe plus longue avait tendance à augmenter le voile. Le verre avec de la nanoherbe de 4,5 microns a montré un bon équilibre de 95,6 pour cent de transmittance et 96,2 pour cent de voile pour la lumière avec une longueur d'onde de 550 nanomètres (lumière jaune, un composant de la lumière du soleil).

Bien que plus de travail soit nécessaire pour estimer le coût exact de fabrication du nouveau verre, les chercheurs prédisent que leur verre sera peu coûteux car facile à fabriquer. Les nanostructures sont gravées dans le verre à l'aide d'un procédé appelé gravure ionique réactive, une méthode évolutive et simple couramment utilisée pour fabriquer des cartes de circuits imprimés.

Pour transformer le verre en une fenêtre intelligente qui passe du flou au clair, cela nécessiterait de placer un morceau de verre traditionnel sur le verre nanograss. Des pompes pourraient être utilisées pour faire circuler du liquide dans l'espace entre les deux verres, et un ventilateur ou une pompe pourrait être utilisé pour retirer l'eau. Les chercheurs ont également montré qu'en plus de l'eau, l'application d'acétone et de toluène peut également faire passer le verre de trouble à clair.

« Nous menons actuellement des tests de durabilité sur le nouveau verre nanograss et évaluons ses propriétés autonettoyantes, " a déclaré Haghanifar. " Le verre autonettoyant est très utile car il évite le besoin d'élimination robotique ou manuelle de la poussière et des débris qui réduirait l'efficacité des panneaux solaires, que les panneaux soient sur votre maison ou sur un rover martien."