防反射涂层使塑料看不见

塑料上的防反射(AR)涂层具有多种实际应用，包括眼镜上的眩光减少，计算机显示器和户外智能手机上的显示器。现在，宾夕法尼亚州立大学的研究人员已开发出一种增透现有涂层的增透膜，它可以使透明塑料(如树脂玻璃)几乎看不见。

宾夕法尼亚州立大学电气工程副教授Chris Giebink说：“这一发现是在我们努力制造更高效率的太阳能电池板时实现的。“我们的方法包括使用塑料透镜将光线聚焦到小型高效太阳能电池上，我们需要尽量减少其反射损失。”

他们需要一种抗反射涂层，在太阳穿过天空时，在整个太阳光谱和多个角度都能很好地工作。他们还需要一种能够在户外长时间保持天气的涂层。

“我们本来希望找到一种现成的解决方案，但没有一种能满足我们的性能要求，”他说。“所以，我们开始寻找自己的解决方案。”

这是一个很高的要求。虽然制造能够消除特定波长或特定方向的反射的涂层相对容易，但是不存在符合所有标准的涂层。例如，眼镜AR涂层针对光谱的窄可见部分。但是太阳光谱的宽度约为可见光谱的五倍，因此这种涂层对于聚光太阳能电池系统来说效果不佳。

当光从一种介质(例如空气)传播到第二介质(在这种情况下是塑料)时发生反射。如果它们的折射率差异(指定光在特定材料中传播的速度)很大 - 空气的折射率为1，塑料1.5 - 则会有很多反射。天然涂料如氟化镁或特氟隆的最低指数约为1.3。通过混合不同的材料，折射率可以在1.3和1.5之间进行分级 - 缓慢变化，但1.3和1之间的差距仍然存在。

在最近在纳米快报杂志上发表的一篇论文中，Giebink和共同作者描述了一种弥合铁氟龙与空气之间差距的新工艺。他们使用牺牲分子在蒸发的特氟隆中制造纳米级孔隙，从而形成渐变折射率的Teflon-空气薄膜，使光线看到从1到1.5的平滑过渡，基本上消除了所有反射。

“Teflon是一种聚合物，有趣的是，当你在坩埚中加热它时，大的聚合物链切割成较小的碎片，这些碎片足够小，可以挥发并发出蒸汽通量。当它们落在基板上时可以重新聚合并形成特氟隆，“Giebink说。

当将牺牲分子添加到焊剂中时，特氟隆将围绕分子重新形成。将牺牲分子溶解出来留下纳米多孔膜，可以通过添加更多孔来分级。

“我们一直在与一些寻求改进塑料抗反射涂层的公司进行互动，其中一些应用令人惊讶，”他说。“它们的范围从消除保护安全摄像头的塑料圆顶的眩光到消除虚拟/增强现实耳机内的杂散反射。”

一个意想不到的应用是在高空无人机或无人驾驶飞行器中。这些是带有巨大翼展的飞机，上面涂有太阳能电池。主要用于侦察，这些飞机依靠阳光保持接近永久飞行，因​​此它们接收的大量光线处于反射最高的掠射角度。制造这些太阳能电池的公司之一正在探索AR涂层，看它是否能够改善无人机收获的光量。

由于该技术与当前的制造技术兼容，Giebink认为涂层技术具有可扩展性和广泛适用性。此时，他的测试样本已经抵达宾夕法尼亚州中部的天气两年，性能几乎没有变化。此外，涂层也是防雾的。

“涂层可以很好地粘附在不同类型的塑料上，但不能粘附在玻璃上，”他说。“因此，对于带有保护玻璃罩的典型屋顶太阳能电池板来说，它不会有用。但如果集中光伏电池会卷土重来，其中一个关键部分就是塑料菲涅尔透镜，我们可以在那里发挥作用。”