Создано самоочищающееся стекло
Что, если бы окна могли очищаться сами нажатием кнопки? Мы пока не достигли этого, но уже близки — стараниями изобретателей из Китайской государственной лаборатории чистого использования энергии. Они разработали прозрачное, легко производимое самоочищающееся стекло, которое удаляет пыль с помощью электрического поля.
Новый материал испытали — и он показал превосходные результаты, которыми разработчики поделились на страницах журнала Advanced Science: стекло способно самоочищаться как от органических, так и от неорганических частиц с эффективностью свыше 95% за 10 секунд.
Пыль повсюду и неизбежно оседает на поверхностях, как бы их не отмывали. Геологические (ветровая эрозия, измельченные горные породы) и биологические (пыльца, споры) источники, а также антропогенные (строительство, добыча полезных ископаемых) создают загрязнение частицами, которое часто снижает прозрачность окон и эффективность фотоэлементов.
Традиционный метод очистки водой и моющими средствами требует значительных ресурсов, загрязняет окружающую среду и сопряжен с рисками для мойщиков, особенно в случае высотных зданий.
В природе существуют отличные примеры самоочищающихся поверхностей, таких как листья лотоса и крылья цикад, где супергидрофобные свойства поверхностей и капли воды совместно удаляют пыль и загрязнения. Ученые имитировали эти свойства биологических материалов для создания самоочищающихся покрытий, но их эффективность критически зависит от влажности.
Электростатические методы дают многообещающие результаты в удалении взвешенных в воздухе частиц, но часто не справляются с пылью на поверхностях.
Новое самоочищающееся стекло с покрытием стало отличным решением этих проблем. Оно удаляет 97,79 г/м² частиц за 10 секунд с эффективностью 97,5% при подаче прямоугольных импульсов размахом 5 кВ частотой 10 Гц. Более того, пока к стеклу приложено напряжение, оно проявляет экранирующий эффект, предотвращая повторное оседание пылинок.
Новинка имеет слоистую структуру: на кварцевое стекло методом лазерного травления нанесены электроды из оксида индия-олова, покрытые изолирующей диэлектрической пленкой из полиэтилентерефталата.
Интересно, что в экспериментах частицы движутся в противоположных ожидаемым направлениях. Это улучшает очистку, но противоречит теоретическим предсказаниям. Исследователи проанализировали воздействия, участвующие в процессе: кулоновскую силу и диэлектрофорез (движущие факторы), а также силы Ван-дер-Ваальса (препятствующие перемещению). С помощью экспериментов и теоретического моделирования они выявили два основных механизма: аномальное обратное боковое перемещение и скачкообразное движение.
Самоочищающееся стекло найдет применение прежде всего для производства солнечных батарей — например, на пыльном Марсе или в пустынях. В экспериментах солнечные панели с таким стеклом восстановили 88,2% мощности после очистки. А в перспективе — окна, которые больше не нужно мыть.