Les revêtements antireflet (AR) sur les plastiques ont une multitude d'applications pratiques, y compris la réduction de l'éblouissement sur les lunettes, écrans d'ordinateur et l'affichage de votre smartphone lorsque vous êtes à l'extérieur. Maintenant, des chercheurs de Penn State ont développé un revêtement AR qui améliore les revêtements existants dans la mesure où il peut fabriquer des plastiques transparents, comme le plexiglas, pratiquement invisible.

"Cette découverte est survenue alors que nous essayions de fabriquer des panneaux solaires à plus haut rendement, " a déclaré Chris Giebink, professeur agrégé de génie électrique, État de Penn. « Notre approche consistait à concentrer la lumière sur de petits, cellules solaires à haut rendement utilisant des lentilles en plastique, et nous devions minimiser leur perte de réflexion."

Ils avaient besoin d'un revêtement antireflet qui fonctionnait bien sur tout le spectre solaire et sous plusieurs angles lorsque le soleil traversait le ciel. Ils avaient également besoin d'un revêtement capable de résister aux intempéries pendant de longues périodes à l'extérieur.

"Nous aurions aimé trouver une solution sur étagère, mais il n'y en avait pas qui répondait à nos exigences de performance, " dit-il. " Alors, nous avons commencé à chercher notre propre solution."

C'était un défi de taille. Bien qu'il soit relativement facile de faire un revêtement qui éliminera la réflexion à une longueur d'onde particulière ou dans une direction particulière, celui qui pourrait répondre à tous leurs critères n'existait pas. Par exemple, Les revêtements AR pour lunettes ciblent la partie visible étroite du spectre. Mais le spectre solaire est environ cinq fois plus large que le spectre visible, un tel revêtement ne fonctionnerait donc pas bien pour un système de cellules solaires à concentration.

Les réflexions se produisent lorsque la lumière voyage d'un milieu, comme l'air, dans un second support, dans ce cas en plastique. Si la différence de leur indice de réfraction, qui spécifie à quelle vitesse la lumière se déplace dans un matériau particulier, est grand - l'air a un indice de réfraction de 1 et le plastique de 1,5 - alors il y aura beaucoup de réflexion. L'indice le plus bas pour un matériau de revêtement naturel tel que le fluorure de magnésium ou le téflon est d'environ 1,3. L'indice de réfraction peut être gradué - lentement varié - entre 1,3 et 1,5 en mélangeant différents matériaux, mais l'écart entre 1,3 et 1 demeure.

Dans un article récemment publié en ligne avant impression dans le journal Lettres nano , Giebink et ses coauteurs décrivent un nouveau processus pour combler le fossé entre le téflon et l'air. Ils ont utilisé une molécule sacrificielle pour créer des pores à l'échelle nanométrique dans du téflon évaporé, créant ainsi un film téflon-air à indice gradué qui trompe la lumière en lui faisant voir une transition en douceur de 1 à 1,5, éliminant pratiquement toutes les réflexions.

"Ce qui est intéressant avec le téflon, qui est un polymère, c'est quand on le chauffe dans un creuset, les grandes chaînes polymères se clivent en fragments plus petits qui sont suffisamment petits pour se volatiliser et envoyer un flux de vapeur. Lorsque ceux-ci atterrissent sur un substrat, ils peuvent se repolymériser et former du téflon, " dit Giebink.

Lorsque les molécules sacrificielles sont ajoutées au flux, le téflon va se reformer autour des molécules. La dissolution des molécules sacrificielles laisse un film nanoporeux qui peut être gradué en ajoutant plus de pores.

"Nous avons interagi avec un certain nombre d'entreprises qui recherchent des revêtements antireflet améliorés pour le plastique, et certaines des applications ont été surprenantes, ", a-t-il déclaré. "Ils vont de l'élimination de l'éblouissement des dômes en plastique qui protègent les caméras de sécurité à l'élimination des reflets parasites à l'intérieur des casques de réalité virtuelle/augmentée."

Une application inattendue concerne les drones à haute altitude, ou des véhicules aériens sans pilote. Ce sont des avions aux envergures géantes qui sont recouverts de cellules solaires. Utilisé principalement pour la reconnaissance, ces avions dépendent de la lumière du soleil pour rester en vol quasi perpétuel et donc une grande partie de la lumière qu'ils reçoivent est à un angle de vue où les réflexions sont les plus élevées. L'une des sociétés qui fabrique ces cellules solaires explore le revêtement AR pour voir s'il peut améliorer la quantité de lumière récoltée par un drone.

Parce que la technologie est compatible avec les techniques de fabrication actuelles, Giebink pense que la technologie de revêtement est évolutive et largement applicable. À ce point, ses échantillons de test ont résisté aux conditions météorologiques du centre de la Pennsylvanie pendant deux ans, avec peu de changement dans les propriétés. En outre, le revêtement est également antibuée.

"Le revêtement adhère bien aux différents types de plastiques, mais pas de verre, " dit-il. " Alors, cela ne sera pas utile pour votre panneau solaire de toit typique avec un couvercle en verre de protection. Mais si le photovoltaïque à concentration revient, une partie essentielle de ceux-ci sont les lentilles de Fresnel en plastique, et nous pourrions faire une différence là-bas."