Уявіть собі вікна, які очищаються самі лише за одним натисканням кнопки. Хоча така технологія ще не стала буденністю, вчені з Китаю зробили важливий крок у цьому напрямку, розробивши прозоре та відносно просте у виробництві самоочисне скло, яке здатне видаляти частинки пилу всього за 10 секунд завдяки електричному полю.
Це рішення не потребує води чи хімічних мийних засобів, а отже є екологічно безпечним та придатним не лише для будівель чи транспорту на Землі, але й для сонячних панелей марсіанських апаратів.
Дослідження, опубліковане в журналі Advanced Science, показало, що скло може очищатися як від органічних, так і від неорганічних частинок, досягаючи ефективності понад 95% за лічені секунди. Пил, незалежно від його походження — геологічного, біологічного чи антропогенного, — завжди осідає на поверхнях, знижуючи прозорість вікон і продуктивність фотогальванічних елементів. Традиційне очищення за допомогою води та мийних засобів не лише витратне й шкідливе для довкілля, а й пов’язане з ризиком для людей, які працюють на висоті.
Природа давно демонструє ефективні самоочисні механізми — наприклад, на листках лотоса чи крилах цикад, де мікроструктура поверхні у поєднанні з краплями води прибирає пил. Проте подібні технології, створені за біологічними зразками, залежать від вологості та не працюють у безводних середовищах. Електростатичні методи також дають надію, але зазвичай безсилі проти частинок, що міцно прилипли до поверхні.
Розроблене китайськими науковцями скло подолало ці обмеження. У тестах воно видалило 97,79 г/м² частинок за 10 секунд з ефективністю 97,5%, використовуючи електричний сигнал у формі квадратної хвилі з напругою 5 кВ та частотою 10 Гц. Ба більше, при активному електричному полі поверхня отримувала ефект “захисного щита” — нові частинки не осідали на очищене скло.
Конструкція матеріалу нагадує “сендвіч”: основою є кварцове скло, на яке лазерним методом наносяться прозорі електроди з оксиду індію та олова (ITO), а зверху розміщується діелектричний шар з поліетилентерефталату (PET). Така структура зберігає прозорість і не впливає на основну функцію скла.
Дослідники вивчили, як частинки рухаються та відриваються під дією електричного поля, і виявили два ключові механізми: аномальне зворотне бічне переміщення та стрибкоподібне відривання. Було проаналізовано сили, що сприяють руху частинок (кулонівська та діелектрофоретична), і сили зчеплення (ван-дер-ваальсові), які заважають їх відокремленню.
Отримані результати демонструють перспективу створення самоочисних поверхонь, що ефективно працюватимуть у безводних та екстремальних умовах як на Землі, так і в космосі. При цьому технологія є стійкою, хімічно безпечною та універсальною для різних застосувань — від вікон хмарочосів до сонячних панелей космічних апаратів.
