Menig brildrager heeft er last van in deze koude tijden: het glas beslaat zodra je ergens binnenstapt, en met de autoruit gebeurt soms hetzelfde. Gelukkig is er nu een oplossing.
Onderzoekers uit Zürich hebben een ultradunne coating ontwikkeld, die zonlicht omzet in warmte, zodat oppervlakken niet beslaan door condensvorming. De nieuwe coating moet onder meer brillen en autoruiten doorzichtig houden.
Het materiaal van de coating is niet nieuw. Het wordt vervaardigd met methoden die nu al op grote schaal worden gebruikt in andere productieprocessen. Er worden minieme hoeveelheden goud aangebracht op het oppervlak in een zogenoemde vacuüm gezogen cleanroom. De Zwitserse Universiteit ETH Zürich heeft patent aangevraagd op de coating.
Gouden randje
Bijzonder aan de nieuwe coating is dat hij de zonnestraling selectief absorbeert. De helft van de energie in zonlicht bevindt zich in het infraroodspectrum, de andere helft in het zichtbare licht en het UV-stralingsspectrum. “Onze coating absorbeert een groot deel van de infraroodstraling, waardoor het oppervlak opwarmt – tot wel 8 graden Celsius”, legt ETH-promovendus Iwan Hächler uit, die een drijvende kracht is achter de ontwikkeling van de nanocoating. Het middel absorbeert slechts een klein deel van de straling in het zichtbare bereik, waardoor de coating transparant is en blijft.
Normaal worden oppervlakken gecoat met wateraantrekkende (hydrofiele) moleculen, wat resulteert in een gelijkmatige verspreiding van de condensatie. Dit is hoe een anti-condensspray bijvoorbeeld werkt. De nieuwe coating werkt heel anders. De Zwitserse methode verwarmt het oppervlak, waardoor de vorming van minuscule vochtdruppeltjes wordt voorkomen. Het is hetzelfde principe dat wordt gebruikt voor de achterruit van een auto. Maar, zegt Hächler, elektrische verwarming is inefficiënt en energieverspillend. De nieuwe coating daarentegen verwarmt uit zichzelf via het zonlicht dat erop valt, en heeft overdag dus geen extra energiebron nodig.
Dunner, buigzamer en efficiënter
Het onderzoeksteam werkt al een aantal jaar aan de transparante gouden oppervlaktecoatings en creëerde drie jaar geleden al hun eerste versie. De coating die ze nu hebben gepresenteerd, heeft veel voordelen ten opzichte van de eerste: hij bestaat uit een enkele gouden nanolaag en is aanzienlijk dunner, waardoor hij zowel transparanter als buigzamer wordt. Daarnaast absorbeert de nieuwste versie het infrarode licht nog efficiënter.
Goud is een duur goedje, maar het team benadrukt dat hun coating ongelooflijk dun is, waardoor de materiaalkosten laag blijven. De coating bestaat uit extreem dunne clusters van goud, ingeklemd tussen twee ultradunne lagen titaniumoxide, een elektrisch isolerend materiaal, dat de efficiëntie van het verwarmingseffect verhoogt. Bovendien beschermt de toplaag van titaniumoxide de goudlaag tegen slijtage. Deze hele ‘sandwich’ is slechts 10 nanometer dik. Ter vergelijking: gewoon bladgoud is twaalf keer zo dik, net als een menselijke haar. “Goud is weliswaar duur, maar we hebben er maar een heel klein beetje van nodig. De prijs voor een gouden coating voor een paar brillenglazen is 20 cent”, reageert Hächler bij Scientias.nl.
Vele mogelijke toepassingen
De onderzoekers gaan de coating nu verder ontwikkelen voor andere toepassingen. Daarbij gaan ze onderzoeken of andere metalen net zo goed werken als goud. “We hebben al meerdere verschillende materialen uitgeprobeerd die ook veelbelovend zijn”, aldus Hächler. Naast brillen en autoruiten kan deze anticondensmethode overal worden ingezet waar objecten goed doorzichtig moeten zijn, er zonlicht op valt, en het geen probleem is als het een paar graden warmer wordt. Voorbeelden zijn ramen, spiegels, cameralenzen en optische sensoren. De auto of een gebouw zelf warmt niet sneller op door de zonnewarmte, legt de onderzoeker uit: “De ruitcoating absorbeert infrarode stralen van de zon, die specifiek de ruit opwarmen, en voorkomt juist dat de straling de binnenkant van de auto of het gebouw bereikt. Als gevolg hiervan warmt het interieur nog minder op dan zonder de bekleding.”
Hächler was bijzonder verrast door de goede werkzaamheid van de coating. “Het was geweldig om de coating buiten te testen. Je ziet dat al je onderzoek binnen in het lab succesvol is, maar het buiten testen bij niet-ideale omstandigheden en dan zien dat het werkt, dat was echt cool.”
Te koop
Dan is nu natuurlijk de grote vraag wanneer we brillen en auto’s kunnen kopen met de coating. “Als ik klaar ben met de studie gaan we ons richten op toegang tot de markt en op welke markten we het beste kunnen inzetten. Dit moet volgend jaar zomer gebeuren. Als de coating in de fabriek op grote schaal kan worden geproduceerd, is hij meteen klaar voor gebruik.” Dat hoeft dus mogelijk helemaal niet meer zo lang te duren.
