211service.com
Medžiagos, kurios neatspindi šviesos
Nepageidaujami atspindžiai riboja šviesa pagrįstų technologijų, pvz., saulės elementų, fotoaparatų objektyvų ir šviesos diodų (LED), veikimą. Pavyzdžiui, saulės elementuose atspindžiai reiškia mažiau šviesos, kurią galima paversti elektra. Dabar mokslininkai Rensselaer politechnikos institute (RPI) Trojoje, NY, ir puslaidininkių gamintojos Crystal IS Green Islande, NY, sukūrė naujo tipo nanostruktūrinę dangą, kuri gali iš esmės pašalinti atspindžius, o tai gali žymiai pagerinti optinius įrenginius. Darbas paskelbtas dabartiniame numeryje Gamtos fotonika .
Nematau jokio atspindžio: Du aliuminio nitrido gabalai – puslaidininkinė medžiaga, kurią galima naudoti šviesą skleidžiančiuose įrenginiuose – atspindi skirtingą šviesos kiekį. Viršuje esantis gabalas atspindi 12 procentų šviesos. Nauja antirefleksinė apatinės dalies danga sumažina atspindį iki maždaug 0,1 proc. Melsvas atspalvis atsiranda dėl to, kad danga leidžia daugiau atspindėti mėlynos šviesos. Tokios dangos galėtų pagerinti daugelį optinių įrenginių.
Tyrėjai parodė, kad jie gali užkirsti kelią beveik visam plataus spektro šviesos bangos ilgio atspindžiui, augindami nanoskalės strypus, nukreiptus tam tikru kampu nuo paviršiaus. Priešingai, įprastos antirefleksinės dangos geriausiai tinka tik tam tikroms spalvoms, todėl, pavyzdžiui, akiniai su tokiomis dangomis vis dar rodo neryškius raudonus arba žalius atspindžius. Fredas Schubertas, RPI fizikos ir elektros, kompiuterių ir sistemų inžinerijos profesorius ir vienas iš tyrimo autorių, teigia, kad medžiaga sustabdo atspindžius nuo beveik visų matomo spektro spalvų, taip pat kai kurios infraraudonosios šviesos. taip pat sumažina atspindžius nuo šviesos, sklindančios iš daugiau krypčių, nei tai daro įprastos dangos. Dėl to, pasak jo, bendras atspindys yra 10 kartų mažesnis nei naudojant dabartines dangas.
Taikant saulės elementą, nauja danga padidintų sugertos šviesos kiekį keliais procentiniais punktais ir paverstų ją elektra, sako Schubertas. Jis teigia, kad 40 procentų geresnis pagerėjimas pastebimas šviesos dioduose, kuriuose didelis puslaidininkio generuojamos šviesos kiekis paprastai yra įstrigęs įrenginio viduje dėl atspindžių. Šis darbas yra dalis didėjančių mokslininkų pastangų keisti medžiagų savybes, pvz., optines savybes, kontroliuojant nanoskalės struktūras.
Kad paviršiai būtų mažiau atspindintys, RPI inžinieriai sukūrė daugiasluoksnę, porėtą dangą, kuri palengvina perėjimą šviesai iš oro pereinant į kietą medžiagą arba šviesai skleidžiant šviesos diodo puslaidininkį. Atspindėjimas yra susijęs su skirtumu tarp dviejų medžiagų, tokių kaip oras ir stiklas, lūžti arba sulenkti šviesą. Sumažinus skirtumą sumažėja atspindys ten, kur susitinka dvi medžiagos. Naujoje dangoje kiekvienas sekantis sluoksnis labiau išlenkia šviesą, kai šviesa iš oro pereina į pagrindą. Panašiai, kaip ir šviesos diodo pavyzdyje, iš puslaidininkio sklindanti šviesa kiekviename sekančiame sluoksnyje lenkiama mažiau, kol pasiekia orą.
Teorija apie tai buvo žinoma dešimtmečius, teigia MIT taikomosios matematikos profesorius Stevenas Johnsonas, tačiau iššūkis buvo sukurti pakankamai porėtą ir pakankamai mažą struktūrą, kad galėtų dirbti su trumpo ilgio matomos šviesos bangomis.
RPI tyrėjai padarė tokią porėtą struktūrą nusodindami medžiagas ant paviršiaus, kad sukurtų nanoskalės strypus. Pakreipus paviršių nanostūmoklius galima auginti kampu. Tyrėjai išsiaiškino, kad pakeitę nanostypų kampą, jie gali kontroliuoti, kaip nanorodeliai lenkia šviesą – lūžio rodiklį. Oro lūžio rodiklis yra beveik vienas. Tyrėjai sugebėjo padaryti viršutinį nanostrypų sluoksnį, kurio, pasak Schuberto, precedento neturintis indeksas yra 1,05. (Palyginimui, stiklo lūžio rodiklis yra 1,45, o šviesą skleidžiančio puslaidininkio aliuminio nitrido indeksas yra apie 2,05.) Kiekvienas sekantis sluoksnis turi didesnį lūžio rodiklį, kol paskutinis sluoksnis beveik sutampa su pagrindu. Viršutiniuose dviejuose sluoksniuose yra stiklo nanostrypų. Trys apatiniai yra pagaminti iš titano. Mokslininkai išbandė dangą ant aliuminio nitrido, tačiau ji turėtų veikti ant įvairių substratų, sako Schubertas.
Mes sukūrėme naują medžiagų klasę, kurios lūžio rodiklis yra mažesnis nei bet kurios kitos perspektyvios optinės plonasluoksnės medžiagos, kuri buvo prieinama praeityje, sako Schubertas. Kadangi viskas optikoje priklauso nuo lūžio rodiklio, jis sako, kad jis gali būti naudojamas kitokiai nei antirefleksinės dangos. Iš tiesų, nanorodeliai galėtų būti naudojami priešingai, sukuriant labai stipriai atspindinčius veidrodžius, suporuojant nanostrypų sluoksnius, kurie labai skirtingai lenkia šviesą, o ne sukuriant laipsnišką perėjimą.
Schubertas bendradarbiauja su „spinoff“ įmone, siekdamas komercializuoti technologiją, ir jis tikisi, kad produktai gali būti prieinami per trejus ar penkerius metus. Ši technologija susidurs su konkurencija su nebrangiomis tradicinėmis dangomis, taip pat su kitomis naujomis nanostruktūrizuotomis medžiagomis. Tai labai elegantiškas, gražus darbas, sako Michaelas Rubneris, MIT medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius. Jie sugebėjo gauti išskirtinai žemas dangos lūžio rodiklio vertes. Pagrindinis klausimas visada bus kaina ir našumas.