تیمی از محققان در موسسه فناوری فدرال سوئیس (ETH Zurich) راه‌حل طولانی‌مدت کاملی برای مشکل بخار روی شیشه ها پیدا کرده اند.
به گزارش تکناک، آنها اخیرا درخواست ثبت اختراع برای یک پوشش بسیار نازک و 100 درصد شفاف ارائه کردند که عملیات های بخار زدایی (از بین بردن مه موجود روی سطح) و ضد بخار کردن (جلوگیری از تشکیل مه روی سطح) را انجام می دهد.
این پوشش ویژه با استفاده از اکسید تیتانیوم و ذرات طلا ساخته شده است. به طور انتخابی تابش مادون قرمز نور خورشید را جذب می کند و اثر گرمایی ایجاد می کند که به اندازه کافی قدرتمند است تا مه را از سطح یک جسم دور نگه دارد.
روکش طلا چگونه کار می کند؟
این پوشش اساساً از گرما برای مقابله با مه گرفتگی استفاده می کند. برای گرم کردن خود، روکش به محبوب ترین و در دسترس ترین منبع تجدیدپذیر یعنی نور خورشید متکی است. جالب اینجاست که تقریباً نیمی از کل انرژی نور خورشید در طیف مادون قرمز نزدیک است، طیف طول موجی که ما نمی توانیم با چشمان خود ببینیم.
روکش طلا 50 درصد باقیمانده نور خورشید که شامل اشعه ماوراء بنفش و نور مرئی می باشد را جذب نمی کند. در نهایت، جذب انتخابی قسمت نزدیک به مادون قرمز نور خورشید، سطح را تا 8 درجه سانتیگراد گرم می کند و از بروز مه جلوگیری می کند.
ایوان هاچلر، دانشجوی ETH زوریخ و یکی از نویسندگان مطالعه به IE گفت: ما با ساخت یک لایه فلزی (طلا) با ضخامت بسیار خاص (به نام آستانه نفوذ) جایی که یک ناهنجاری نوری رخ می‌دهد به این اثر گرمایشی دست می‌یابیم. این منجر به جذب قوی با پهنای باند زیاد طیف نزدیک به مادون قرمز در 10 نانومتر می شود.
محققان توضیح می دهند که پوشش آنها یک ساندویچ با ضخامت 10 نانومتر است که از دو لایه اکسید تیتانیوم و یک لایه طلای میانی تشکیل شده است. قسمت طلا 12 برابر نازکتر از ورق طلای معمولی است.
از آنجایی که پوشش فوق نازک است، می‌توان آن را به راحتی در زیر پوشش‌های استاندارد موجود ادغام کرد که از آن در برابر هر گونه تأثیرات بیرونی مانند خراش، کثیفی یا مواد شیمیایی محافظت می‌کند. بعلاوه، همچنین می تواند روی بسترهای انعطاف پذیر رسوب کند و در صورت خم شدن نمی شکند.
محصولاتی مانند اسپری های ضد مه یک لایه بسیار نازک از آب روی سطح ایجاد می کنند تا مه را از بین ببرد. آنها یک سطح معمولی را به یک سطح فوق آبدوست با میل ترکیبی بالا برای آب تبدیل می کنند. با این حال، مشکل چنین سطوحی آلودگی است.
اسپری این مواد علاوه بر آب، کثیفی، گرد و غبار، روغن و ناخالصی های مختلف دیگر را نیز به خود جذب می کنند و تنها کمی ناخالصی روی سطح، آنها را غیر قابل استفاده می کند. به همین دلیل است که همیشه باید آن اسپری ها را مجددا استفاده کنید. علاوه بر این آنها دوام نیز ندارند.
از طرفی ما آن دسته از پوشش‌های به اصطلاح آبگریز را نیز داریم که آب را دفع می‌کنند. موضوع اصلی این پوشش ها مسئله مقیاس پذیری آنهاست به خصوص روی شیشه. مانند روکش طلا، پوشش های فوق آبگریز نیز از گرمایش برای جلوگیری از مه گرفتگی استفاده می کنند، اما به جای منبع تجدیدپذیر مانند نور خورشید، از برق برای تولید گرما استفاده می کنند.
به همین دلیل است که محققان پوشش آبگریز را به عنوان یک روش انرژی ناکارآمد و ناپایدار برای پاک کردن سطوح از بخار در نظر می گیرند.
انگیزه اساسی ما این بود که پتانسیل عظیم انرژی خورشیدی را نشان دهیم و اینکه چگونه با استفاده از مفاهیم فیزیکی و مهندسی منطقی می توان از فناوری های کمتر پایدار (مانند استفاده از برق برای جلوگیری از مه گرفتگی) اجتناب کرد. از این رو، در حالت ایده آل، پوشش ما به کاهش مصرف برق برای گرمایش کمک می کند.
این می تواند مفید باشد، به خصوص برای خودروهای الکتریکی. زیرا در خودروهای معمولی می توان از هوای گرم موتور برای وزش همرفتی روی شیشه جلو و حذف مه استفاده کرد در حالی که موتورهای الکتریکی آنقدر گرم نمی شوند. نویسندگان بر این باورند که با استفاده از پوشش طلایی آنها، ممکن است برد خودروهای الکتریکی افزایش یابد، زیرا برای جلوگیری از بخار‌گرفتگی شیشه ها در این خودروها از برق کمتری استفاده می‌شود.
ساخته شده از طلا اما همچنان مقرون به صرفه
آنها همچنین ادعا می کنند که علاوه بر استفاده از منبع طبیعی انرژی (نور خورشید). پوشش آنها با روش‌های استاندارد شده و به آسانی مقیاس‌پذیر تولید می‌شود. علاوه براین به راحتی می‌توان آنها را در سطوح بزرگ ارتقا داد و همگی مقرون‌به‌صرفه هستند. با این حال، از آنجایی که این پوشش از طلای خالص استفاده می‌کند، آیا ساخت عینک و پوشش مه‌گیر شیشه جلو خودرو با استفاده از آن از نظر تجاری مقرون به صرفه است؟
وقتی این سوال را از هاچلر پرسیدیم، او توضیح داد: از آنجایی که لایه طلا ضخامت 5 نانومتری دارد بسیار نازک است، بنابراین به طلای بسیار کمی نیاز است. مقدار طلا در هر متر مربع ماده 100 میلی گرم خواهد بود. با فرض اینکه یک جفت عینک حدود x 15 2 سانتی متر مربع باشد، به این معنی است که در یک جفت عینک تقریباً 0.3 میلی گرم طلا مصرف می شود. این محاسبات منجر به قیمتی در حدود 0.017 دلار برای طلای مورد نیاز برای یک جفت عینک می شود.
بنابراین بله، پوشش مقرون به صرفه است. تنها محدودیت این محصول این است که اگرچه می تواند در سطوح بسیار کم تابش خورشیدی کار کند، اما به مقدار مشخصی نور متکی است. محققان در این مورد پیشتر یک اختراع ثبت کرده اند و منتظر تایید آن هستند. امیدواریم این محصول پیشگامانه به زودی در بازار عرضه شود.
