Лазерный мир

 — Стекло для дисплеев, планшетов, ноутбуков, смартфонов и солнечных батарей должно пропускать свет, но может стать лучше, взяв преимущества от поверхности, которая отталкивает воду, масло и другие жидкости. Исследователи из Университета Питтсбурга (Pitt) создали новый тип стекла, прозрачный в диапазоне длин волн и углов падений, а также  проявляющий суперомнифобные и противоапотевающие свойства. Дизайн для стекла был вдохновлен крыльями стеклянной бабочки (Грета Ото, вид бабочек, прим. пер.). Методы машинного обучения использовались для упрощения процесса разработки.

Стеклянная бабочка. Предоставлено minka2507 от Pixabay.

Вдохновленные случайными наноструктурами на крыльях стеклянной бабочки, у которых длина наноструктур меньше длины волны видимого света, команда Питта разработала подход к созданию самовосстанавливающегося, случайно переотражающего, наноструктурированного стекла со свойствами сверхпропускания (99,5% при длине волны 550 нм  для двухстороннего стекла) и сверхпрозрачности (мутность до 0,1%).

Исследователи Pitt в сотрудничестве с SigOpt использовали машинное обучение для более эффективной разработки нового стекла. «Когда вы создаете что-то подобное, вы не начинаете с большого количества данных, и каждое испытание занимает много времени», — сказал профессор Пол Леу. «Мы использовали машинное обучение, чтобы предложить переменные для изменения, и в результате нам потребовалось меньше попыток создать этот материал».

Исследователи использовали многоцелевой подход к обучению и байесовской оптимизации, чтобы направлять свои эксперименты по изготовлению стеклянных подложек. Michael McCourt, инженер-исследователь в SigOpt, сказал, что байесовская оптимизация и активный поиск являются идеальными инструментами для эффективного изучения баланса между прозрачностью и омнифобностью.

Стекло показало стойкость к конденсации с эффективностью защиты от запотевания более 90% и продемонстрировало отвод капель воды размером менее 2 мкм. Поверхность продемонстрировала способность восстанавливать водоотталкивающие свойства после физического повреждения путем нагревания в течение 15 минут.

«Стекло является суперомнифобным , то есть оно отталкивает широкий спектр жидкостей, таких как апельсиновый сок, кофе, вода, кровь и молоко», — сказал исследователь Sajad Haghanifar. «Стекло также защищает от запотевания, так как конденсированные водяные капли имеют тенденцию легко скатываться с поверхности, и обзор сквозь стекло остается беспрепятственным. Наконец, наноструктурированное стекло долговечно к истиранию благодаря своим свойствам самовосстановления — истирание поверхности шероховатой губкой повреждает покрытие, но нагревание восстанавливает его первоначальную функцию ».

Стекло является суперомнифобным, то есть оно отталкивает широкий спектр жидкостей. Предоставлено профессором Полом Лью / Университет Питтсбурга.

Высокая прозрачность этого стекла может снизить яркость и энергопотребление дисплеев, что может продлить срок  службы их батареи. Стекло является антиотражающим при больших углах, улучшая углы обзора. Его скорость помутнения может улучшить четкость изображений и текста.

Природные поверхности, такие как глаза мотылька и крылья бабочки, проявляют омнифобные свойства, которые делают их самоочищающимися, устойчивыми к бактериям и водоотталкивающими свойствами — приспособления для выживания, к которым исследователи продолжают стремиться, воспроизвести и улучшить в синтетических материалах. Коллектив Pitt считает, что его наноструктурированное стекло может быть полезным для различных оптических применений, где важны функции самоочищения, защиты от обрастания и защиты от запотевания.

Исследование было опубликовано в разделе «Горизонты материалов» (https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c9mh00589g) и представлено на Международной конференции по машинному обучению (ICML 2019), 9-15 июня, 2019, в Лонг-Бич, Калифорния.

Источник: https://www.photonics.com/Articles/Nanostructured_Glass_Is_Based_on_Butterfly_Wing/a64917