Riscaldamento passivo dorato per le lenti degli occhiali
Un nuovo nanorivestimento in oro sviluppato dai ricercatori dell'ETH riscalda le lenti degli occhiali con la luce del sole, in modo che non si appannino più anche in presenza di elevata umidità. Il rivestimento potrebbe essere utilizzato anche sui parabrezza delle auto.
I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato un rivestimento trasparente sottilissimo fatto di oro che può convertire la luce solare in calore. Può essere applicato al vetro o ad altre superfici, ad esempio per evitare che si appannino. Il rivestimento potrebbe essere utilizzato, ad esempio, sulle lenti degli occhiali e sui parabrezza delle automobili.
I ricercatori dei gruppi guidati dai professori dell'ETH Dimos Poulikakos e Thomas Schutzius sottolineano che stanno utilizzando un metodo di rivestimento tecnicamente semplice e ampiamente utilizzato nell'industria. Si tratta di depositare a vapore minuscole quantità di oro sulla superficie sotto vuoto in una camera bianca. L'ETH di Zurigo ha richiesto un brevetto per il rivestimento.
Assorbe gran parte della radiazione infrarossa
La particolarità del nuovo rivestimento è che assorbe selettivamente la radiazione solare. Metà dell'energia della luce solare è costituita da raggi infrarossi e l'altra metà da luce visibile o raggi UV. "Il nostro rivestimento assorbe gran parte della radiazione infrarossa e si riscalda di conseguenza, fino a otto gradi Celsius", spiega il dottorando Iwan H?chler, che ha svolto un ruolo chiave nel portare avanti lo sviluppo. Le radiazioni nella gamma del visibile, invece, vengono trasmesse. Questo è il motivo per cui il rivestimento è trasparente.
Il nuovo rivestimento utilizza un approccio diverso rispetto ai metodi antiappannamento convenzionali: Tradizionalmente, le superfici sono spesso rivestite con molecole che attirano l'acqua (idrofile). Di conseguenza, l'acqua di condensa si distribuisce uniformemente sulla superficie. Gli spray antiappannamento funzionano in questo modo. Il nuovo metodo, invece, riscalda la superficie e quindi impedisce all'umidità di condensare sulla superficie. Anche i riscaldatori dei lunotti delle auto funzionano allo stesso modo. Tuttavia, il riscaldamento con l'elettricità è inefficiente, come sottolinea H?chler. Il nuovo rivestimento, invece, si riscalda passivamente e non richiede energia aggiuntiva quando il sole splende.
Più sottili, efficienti e flessibili
I professori dell'ETH Poulikakos e Schutzius e i loro team lavorano da diversi anni su rivestimenti di superficie che si riscaldano passivamente. Tre anni fa gli scienziati hanno pubblicato il loro primo lavoro di ricerca su un rivestimento in oro che impedisce alle superfici trasparenti di appannarsi (Notizie dell'ETH). Il rivestimento ora presentato presenta diversi vantaggi rispetto al primo: è composto da un minor numero di strati ed è significativamente più sottile. Questo lo rende più trasparente e flessibile. ? anche più efficiente e più trasparente perché assorbe selettivamente gli infrarossi.
L'oro è costoso. Tuttavia, ne serve così poco che i costi del materiale sono ancora bassi, come sottolineano i ricercatori. Il rivestimento si basa sul principio del sandwich. I cluster d'oro più piccoli ed estremamente sottili sono inseriti tra due strati di biossido di titanio, un materiale elettricamente isolante. Questi due strati aumentano l'efficacia della generazione di calore grazie alle loro proprietà di rifrazione. Inoltre, lo strato superiore di biossido di titanio agisce come una vernice per proteggere lo strato d'oro dall'abrasione. L'intero rivestimento a sandwich è sottile solo dieci nanometri. In confronto, la foglia d'oro è circa dodici volte più spessa.
I singoli cluster d'oro si toccano leggermente ai lati. Questo rende lo strato d'oro elettricamente conduttivo. In assenza di luce solare, sarebbe quindi ancora possibile riscaldare il rivestimento con l'elettricità.
Ora i ricercatori svilupperanno ulteriormente il rivestimento per le applicazioni. Studieranno inoltre se altri metalli siano altrettanto adatti dell'oro. Oltre ai vetri e ai finestrini delle auto, questo principio antiappannamento potrebbe essere utilizzato ovunque sia necessario riscaldare e rendere trasparente qualcosa, come le finestre degli edifici, gli specchi o i sensori ottici. In ogni caso, non c'è da preoccuparsi che un'auto o un edificio si riscaldino di più in estate. Il dottorando H?chler spiega: "Il rivestimento del parabrezza assorbe i raggi infrarossi del sole, che riscaldano specificamente il parabrezza e impediscono alle radiazioni di raggiungere l'interno dell'auto o dell'edificio. Di conseguenza, l'interno si riscalda ancora meno di quanto farebbe senza il rivestimento".
Questo lavoro di ricerca è stato finanziato dal Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica.
Riferimenti
H?chler I, Ferru N, Schn?ring G, Mitridis E, Schutzius TM, Poulikakos D: Metamateriali trasparenti antiappannamento attivati dalla luce solare. Nature Nanotechnology 2022, doi: pagina esterna10.1038/s41565-022-01267-1
Ricerca correlata: Combattere l'appannamento con nano-assorbitori selettivi della luce solare. Nature Nanotechnology 2022, doi: pagina esterna10.1038/s41565-022-01269-z