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能讓塑料“消失”的增透膜
【中國塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】塑料上的增透膜具有多種實(shí)際應(yīng)用，例如減少戶外環(huán)境下的眼鏡、計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)上屏幕的眩光。
現(xiàn)在，賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員已研發(fā)出一種增強(qiáng)版的增透膜，它可以使透明塑料(如樹脂玻璃)在視覺上幾乎不可見。
賓夕法尼亞州立大學(xué)電氣工程副教授Chris Giebink表示：“這一發(fā)明是我們在制造更率的太陽能電池板時(shí)研發(fā)出來的。我們的方法是利用塑料透鏡將光線聚焦到小型的太陽能電池上，因此需要大程度地減少其反射損失。”
他們需要一種能夠適用于在整個(gè)太陽光譜和多角度照射的增透膜，還需要一種能夠長時(shí)間經(jīng)受戶外天氣考驗(yàn)的增透膜。
“我們本來期望能夠找到一種現(xiàn)成的解決方案，但是沒有一種方案能滿足我們的性能要求，”他說。 “所以，我們就開始研發(fā)自己的解決方案。”
這是一個(gè)棘手的問題。雖然制造能夠消除特定波長或特定方向反射光的增透膜相對(duì)容易，但是符合所有標(biāo)準(zhǔn)的增透膜卻沒有。
例如，眼鏡增透膜是針對(duì)光譜的窄譜可見光譜發(fā)揮作用。但是太陽光譜的寬度約為可見光譜的五倍，因此這種涂層并不適用聚光太陽能電池系統(tǒng)。
當(dāng)光從一種介質(zhì)(例如空氣)傳播到第二種介質(zhì)(這里指塑料)時(shí)會(huì)發(fā)生反射。如果兩種的折射率(指光在特定材料中的傳播速率)差異很大，例如空氣折射率為1，塑料折射率為1.5，則會(huì)產(chǎn)生很多光反射。
天然涂料如氟化鎂或特氟隆(Teflon)的折射率低指數(shù)約為1.3。通過混合不同的材料，折射率可以在1.3和1.5之間進(jìn)行緩慢漸變，但是就是折射率漸變到1.3，它和空氣折射率1之間的差異仍舊存在。
近在納米快報(bào)雜志線上發(fā)表的一篇論文中，Giebink和他的研究伙伴介紹了一種消除特氟隆與空氣之間折射率差距的新技術(shù)。
他們利用犧牲分子(sacrificial molecul)在蒸發(fā)的特氟隆中制造納米級(jí)孔隙，進(jìn)而打造出具有漸變折射率的Teflon — 空氣薄膜，從視覺上“哄騙”光線，讓光線“看到”折射率從1到1.5的平滑轉(zhuǎn)變，從而基本上消除了所有的反射。
“有趣的是，當(dāng)你用坩鍋加熱特氟隆這種聚合物時(shí)，大聚合物鏈會(huì)分裂為成較小片狀，這些碎片小到可以揮發(fā)并發(fā)出蒸汽通量。當(dāng)它們落在基板上時(shí)又會(huì)重新聚合形成特氟隆。”Giebink說。
當(dāng)加入犧牲分子時(shí)，特氟隆將圍繞這些分子重新成形。將犧牲分子溶解出來之后，就留下了可以通過添加更多孔隙來實(shí)現(xiàn)漸變的納米多孔膜。
“我們一直在與一些尋求改良塑料增透膜的企業(yè)進(jìn)行溝通，其中一些應(yīng)用令人意想不到，”他說。 “從消除攝像頭塑料保護(hù)圓頂眩光，到消除虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)耳機(jī)內(nèi)的雜散反射，都能夠用到這種增透膜。”
還有一個(gè)更意想不到的應(yīng)用是在高空無人機(jī)或無人駕駛飛行器中。這些飛行器帶有巨大的翼展，翼展上面覆有太陽能電池涂層。這些主要用于偵察的飛行器依靠陽光來保持不間斷飛行，因此它們接收的大量光線處于反射高的掠射角度。
制造這些太陽能電池的其中一家公司正在研究這款增透膜，看它是否能夠提高無人機(jī)接收到得光量。
由于該技術(shù)與當(dāng)前的制造技術(shù)兼容，Giebink認(rèn)為涂層技術(shù)具有可擴(kuò)展性及廣泛的應(yīng)用潛力。目前為止，測試樣本已經(jīng)在賓夕法尼亞州中部耐受了兩年的氣候考驗(yàn)，而性能幾乎沒有任何變化。另外，增透膜也具有防霧功能。
“涂層可以很好地粘附在不同種類的塑料上，但不能粘附在玻璃上，”他表示。 “因此，它并不適用于帶有玻璃保護(hù)罩的特定太陽能屋頂。
但如果聚光光伏電池還會(huì)再卷土重來，這類電池的其中一個(gè)關(guān)鍵部件就是菲涅爾(Fresnel)塑料透鏡，到時(shí)我們的增透膜就可以在那里發(fā)揮作用。”
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