Испанские учёные совместно с Corning разработали стекло с антибликовыми и гидрофобными свойствами
Учёные из института фотоники в Испании, при участии компании Corning — производителя сверхпрочного стекла для экранов смартфонов Gorilla Glass — разработали технологию, которая способна значительно уменьшить блики и отражения, а так же придать стеклу супергидрофобные свойства. Принцип создания такого покрытия был позаимствован у природы — учёные давно обратили внимание, что глаз обычной моли обладает выраженными антибликовыми свойствами. Оказалось, что внешняя поверхность глаза насекомого покрыта сетью крошечных выпуклостей размером порядка 200–300 нанометров. Так как длина волны видимого света больше размеров этих неровностей, свет проходит через поверхность глаза так, как будто её показатель преломления меняется плавно — это значительно уменьшает отражения, так как граница сред оказывается как бы размытой.
На графике — профиль неровностей на поверхности стекла, полученный с помощью атомного силового микроскопа. На фото — капля воды на поверхности такого стекла, и трёхмерное изображение нанотекстуры поверхности.
Хотя этот принцип уже используется в некоторых видах антибликовых покрытий (в их названиях обычно встречается словосочетание «moth eye»), испанские исследователи внесли в технологию существенные улучшения. Текстура на поверхности стекла создаётся на двух уровнях — сначала создаются неровности относительно больших линейных размеров — от 1 до 100 микрометров в ширину и 10–500 нанометров в высоту, а затем на поверхности этих довольно пологих «холмов» создаётся «лес» из выпуклостей 10–300 нанометров в ширину и высоту.«Холмы» создаются путём напыления на стекло капелек полимера с последующим протравливанием, в результате которого между капельками возникают углубления. Для создания «леса» используется более хитрый процесс. Сначала на стекло наносится тончайшее напыление из меди толщиной всего в 4–8 нанометров. Под воздействием высокой (порядка 750 градусов) температуры медь собирается в мельчайшие комочки диаметром в десятки нанометров, равномерно распределённые по стеклу, которое затем снова протравливают. После этого остатки меди удаляют. Такая технология хорошо масштабируется и недорога в производстве.
Схема процесса создания нанорельефа с помощью медного напыления и фотографии комочков меди на поверхности стекла после прогревания до 750 градусов (слева — при толщине слоя меди в 4 нм, справа — 8 нм).
Все наноструктуры делаются непосредственно из стекла, без наложения каких-либо полимерных плёнок, а значит это стекло может быть подвергнуто химической обработке, значительно увеличивающей его прочность. Играет важную роль и геометрическая структура — вершины «холмов» надёжно защищают от механических воздействий «лес» находящийся в «низинах». Двухуровневый рельеф стекла увеличивает и его способность отталкивать воду. Как и в природных супергидрофобных поверхностях, примером которых могут служить листья некоторых растений, микроскопические текстуры создают между каплями воды и поверхностью тонкий слой воздуха, который не даёт воде смачивать поверхность.
Кроме очевидного применения в экранах смартфонов и планшетов такое стекло может оказаться полезным и для производства солнечных панелей. Его гидрофобные свойства позволят фотоэлементам всегда оставаться чистыми — капли дождя, стекающие по ним, будут собирать всю пыль и грязь и при этом скатываться с поверхности, не оставляя никаких следов и разводов.
