L'une des caractéristiques les plus immédiatement reconnaissables du verre est la façon dont il réfléchit la lumière. Mais une nouvelle façon de créer des textures de surface sur le verre, développé par des chercheurs du MIT, élimine pratiquement les reflets, produire un verre presque méconnaissable en raison de son absence d'éblouissement - et dont la surface fait rebondir les gouttelettes d'eau tout de suite, comme de minuscules balles en caoutchouc.

Le nouveau verre « multifonctionnel », basé sur des nanotextures de surface qui produisent un ensemble de caractéristiques coniques, est autonettoyant et résiste à la buée et à l'éblouissement, disent les chercheurs. Finalement, ils espèrent qu'il pourra être fabriqué à l'aide d'un procédé de fabrication peu coûteux qui pourrait être appliqué aux dispositifs optiques, les écrans de smartphones et de télévisions, panneaux solaires, les pare-brise des voitures et même les fenêtres des bâtiments.

La technologie est décrite dans un article publié dans la revue ACS Nano , co-écrit par les étudiants diplômés en génie mécanique Kyoo-Chul Park et Hyungryul Choi, ancien post-doctorant Chih-Hao Chang SM '04, PhD '08 (maintenant à la North Carolina State University), professeur de génie chimique Robert Cohen, et les professeurs de génie mécanique Gareth McKinley et George Barbastathis.

Panneaux photovoltaïques, Park explique, peuvent perdre jusqu'à 40 % de leur efficacité en six mois à mesure que la poussière et la saleté s'accumulent sur leurs surfaces. Mais un panneau solaire protégé par le nouveau verre autonettoyant, il dit, aurait beaucoup moins de problèmes. En outre, le panneau serait plus efficace car plus de lumière serait transmise à travers sa surface, au lieu d'être réfléchis, en particulier lorsque les rayons du soleil sont inclinés à un angle aigu par rapport au panneau. À de tels moments, comme tôt le matin et tard l'après-midi, le verre conventionnel peut refléter plus de 50 pour cent de la lumière, alors qu'une surface antireflet réduirait la réflexion à un niveau négligeable.

Alors que certains travaux antérieurs ont traité les panneaux solaires avec des revêtements hydrophobes, les nouvelles surfaces multifonctionnelles créées par l'équipe du MIT sont encore plus efficaces pour repousser l'eau, garder les panneaux propres plus longtemps, disent les chercheurs. En outre, les revêtements hydrophobes existants n'empêchent pas les pertes par réflexion, donnant au nouveau système un autre avantage.

D'autres applications pourraient inclure des dispositifs optiques tels que des microscopes et des caméras à utiliser dans des environnements humides, où les capacités antireflet et antibuée pourraient être utiles. Dans les appareils à écran tactile, le verre éliminerait non seulement les reflets, mais résisterait également à la contamination par la sueur.

Finalement, si le coût d'un tel verre peut être suffisamment abaissé, même les vitres des voitures pourraient en bénéficier, Choi dit, se nettoyer de la saleté et des gravillons sur la surface extérieure des fenêtres, éliminer l'éblouissement et les reflets qui peuvent nuire à la visibilité, et empêcher la formation de buée sur la surface intérieure.

Le motif de surface, composé d'un réseau de cônes nanométriques cinq fois plus hauts que leur largeur de base de 200 nanomètres, est basé sur une nouvelle approche de fabrication développée par l'équipe du MIT à l'aide de techniques de revêtement et de gravure adaptées de l'industrie des semi-conducteurs. La fabrication commence par revêtir une surface de verre de plusieurs couches minces, comprenant une couche de résine photosensible, qui est ensuite illuminé avec un motif de grille et gravé; des gravures successives produisent les formes coniques. L'équipe a déjà déposé un brevet sur le procédé.

Étant donné que c'est la forme de la surface nanotexturée - plutôt que toute méthode particulière pour obtenir cette forme - qui fournit les caractéristiques uniques, Park et Choi disent qu'à l'avenir, des films de verre ou de polymère transparent pourraient être fabriqués avec de telles caractéristiques de surface simplement en les passant à travers une paire de rouleaux texturés alors qu'ils sont encore partiellement fondus; un tel procédé augmenterait de façon minime le coût de fabrication.

Les chercheurs disent avoir puisé leur inspiration dans la nature, où les surfaces texturées allant des feuilles de lotus aux carapaces de scarabées du désert et aux yeux de mite se sont développées de manière à remplir souvent plusieurs objectifs à la fois. Bien que les réseaux de nanocônes pointus sur la surface semblent fragiles lorsqu'ils sont vus au microscope, les chercheurs disent que leurs calculs montrent qu'ils devraient être résistants à un large éventail de forces, allant de l'impact de gouttes de pluie dans une forte averse ou de pollen et de gravier poussés par le vent à un coup direct avec un doigt. Des tests supplémentaires seront nécessaires pour démontrer à quel point les surfaces nanotexturées résistent dans le temps dans des applications pratiques.

Andrew Parker, un chercheur invité principal au Green Templeton College de l'Université d'Oxford au Royaume-Uni qui n'a pas participé à ce travail, dit, « Les surfaces multifonctionnelles chez les animaux et les plantes sont courantes. Pour la première fois, pour autant que je sache, cet article tire une leçon d'efficacité de fabrication de la nature en fabriquant un dispositif antireflet et antibuée optimisé. C'est ainsi que fonctionne la nature, et pourrait bien être l'avenir d'une ingénierie plus verte où deux structures, et deux procédés de fabrication, sont remplacés par un.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.