А что если окна можно было бы очищать щелчком выключателя? Мы пока не совсем там, но уже близки. Исследователи из Китая разработали прозрачное, простое в производстве самоочищающееся стекло, которое может удалять частицы всего за 10 секунд с помощью электрического поля.
Это инновационное решение предлагает безводную и устойчивую альтернативу традиционным методам очистки, которые могут применяться не только для наземного транспорта и зданий, но и для солнечных панелей на зондаx, передвигающихся по поверхности Марса.
Согласно результатам исследования, опубликованным в журнале Advanced Science, стекло смогло самоочиститься как от органических, так и от неорганических частиц, показав эффективность более 95% всего за несколько секунд.
Пыль есть везде и всегда находит способ осесть на поверхностях, независимо от того, как часто вы их чистите. Геологические источники (ветровая эрозия, измельчённые горные породы), биологические источники (пыльца, споры), а также антропогенные источники (строительство, добыча полезных ископаемых) создают загрязнение частицами на поверхностях, которое может снижать видимость оконных панелей и производительность фотоэлементов, блокируя солнечный свет.
Обычный метод очистки с использованием воды и моющих средств является ресурсоёмким, загрязняет окружающую среду и вызывает опасения за безопасность мойщиков окон, особенно в случае высотных зданий.
Природа даёт отличные примеры самоочищающихся поверхностей, таких как листья лотоса и крылья цикад, где сверхгидрофобные свойства поверхностей и капли воды совместно удаляют пыль и мусор.
Учёные имитировали эти свойства природных материалов для создания самоочищающихся поверхностей, но их эффективность зависит от погодных условий, таких как влажность, что ограничивает применение в безводной среде.
Хотя электростатические методы, использующие электрические поля для перемещения частиц, показывали обнадёживающие результаты при удалении воздушных частиц, они часто плохо справлялись с частицами, прочно прилипшими к поверхности.
Созданное исследователями прозрачное, покрываемое самоочищающееся стекло преодолело существующие проблемы, продемонстрировав удаление 97,79 г/м² частиц за 10 секунд с эффективностью 97,5% при использовании прямоугольного электрического сигнала (5 кВ, 10 Гц). Стекло также проявило эффект экранирования частиц, который предотвращал осаждение движущихся частиц на чистую поверхность после включения электрического поля.
Самоочищающееся стекло имеет слоистую структуру: базовый слой состоит из кварцевого стекла. На стеклянный слой наносятся электроды из оксида индия-олова (ITO) с помощью лазерной гравировки. Наконец, сверху электродов размещается изоляционный диэлектрический слой из полиэтилентерефталата (PET).
Исследователи считают, что понимание того, как частицы движутся и отделяются под действием электрического поля, является ключом к созданию самоочищающихся поверхностей, которые хорошо работают в безводных и жёстких условиях на Земле и в космосе.
С помощью экспериментальных наблюдений и теоретического моделирования они изучили поведение частиц на самоочищающемся стекле и выявили два основных механизма: аномальный обратный боковой транспорт и «прыжковое» движение заряжённых частиц под действием поля.
Команда также проанализировала силы, которые способствуют движению частиц (кулоновская сила, диэлектрофоретическая сила), и силы прилипания (ван-дер-ваальсовы), препятствующие их движению по поверхности.
Исследование представляет самоочищающееся стекло, которое можно применять к самым разным поверхностям без ущерба для их исходных функций или светопропускания. Его можно обслуживать устойчивым и безхимическим способом.