Metamaterial-Beschichtung: Schweizer Erfindung hilft gegen beschlagene Brille
Schweizer Forschende haben eine Beschichtung entwickelt, die mit Hilfe des Sonnenlichts Brillengläser aufheizen soll.
Mit Durchblick: Das linke Brillenglas trägt die neue Antibeschlags-Nanobeschichtung.
(Bild: ETH Zürich)
(This article is also available in English)
Es kann ziemlich frustrierend sein, wenn Linsen beschlagen – ein Problem, das vor allen Dingen Brillenträger mit Mund-Nasen-Schutz betrifft, aber auch Fotografen und Kameraleute. Forschende der ETH Zürich haben jetzt eine Metamaterial-Beschichtung entwickelt, die Infrarot-Strahlung absorbiert, die das Glas um bis zu acht Grad gegenüber der Umgebung erwärmt. Technische Einzelheiten beschreiben Iwan Haechler und Kollegen in einem aktuellen Paper in "Nature".
Weil warme Luft mehr Wasser aufnehmen kann als kalte, kondensiert Luftfeuchtigkeit auf kalten Oberflächen. Warme, mit Wasserdampf gesättigte Atemluft, die auf kalte Brillengläser trifft, findet dort wegen der hohen Oberflächenenergie von Glas nahezu perfekte Bedingungen für eine gut haftende Benetzung mit Wassertröpfchen. In früheren Arbeiten haben Forschende mithilfe von Nanostrukturierung oder Beschichtungen mit hydrophilen, wasserabweisenden Molekülen versucht, die Kontaktfläche der Tröpfchen auf dem Glas möglichst kleinzuhalten, damit die Tröpfchen abperlen. Allerdings werden solche Beschichtungen durch Verschmutzung schnell unwirksam.
Ein Hauch von Gold für die Brille
Die Idee, die für das menschliche Auge nicht sichtbare Infrarotstrahlen im Sonnenlicht zu absorbieren, ist daher eigentlich recht naheliegend. Schließlich werden photonische Filter in Form von dünnen Schichten bereits heute routinemäßig auf Brillengläser aufgebracht – und was für Reflexion funktioniert, kann man auch für Absorption verwenden. Allerdings funktioniert das richtig gut nur in einem schmalen Wellenlängen-Bereich.
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Die Schweizer Forschenden dampften daher eine extrem dünne Schicht aus Gold-Nanopartikeln auf einer Unterlage aus Titandioxid auf. Dabei ließen sie so lange Goldpartikel auf der Oberfläche entstehen, bis die einzelnen Partikel begannen, miteinander zu verschmelzen – die sogenannte Perkolationsgrenze. Die etwa zehn Nanometer dünne, löcherige Goldschicht, die mit einer zweiten Titandioxid-Schicht abgedeckt wird, absorbiert nahe Infrarot-Strahlung in einem breiten Spektralbereich, während sie das sichtbare Licht ungehindert passieren lässt.
Bei einer Sonneneinstrahlung mit 1000 Watt pro Quadratmeter – ein Wert, der an sonnigen Tagen durchaus erreicht werden kann – heizt die Beschichtung Brillengläser auf rund acht Grad über der Umgebungstemperatur auf. Bei 600 Watt sind es noch etwa fünf Grad. Allerdings dauert es einige Minuten, bis die Gläser sich hinreichend erwärmt haben. Die Forschenden haben ein Patent angemeldet, allerdings gibt es bislang noch keine Unternehmen, die diese Erfindung übernehmen wollen.
(wst)