Dva stejné čtvercové tabulky z polykarbonátu nad horkou vodou, levý bez úpravy, pravý po nanesení SiO2/TiO2 povlaku. Kredit: NTU Singapore.

Museli jste v práci kvůli pandemickým opatřením používat i plastový štít na obličej a mlžil se? Nebo za chvíli přestáváte vidět přes lehké brýle s plastovými čočkami nad nasazenou rouškou? Rozčilovalo vás zamlžování plaveckých brýlí nebo masky při potápění? Singapurští vědci prý našli řešení – trvalý povlak, který nejen zabraňuje zamlžování, ale je také antireflexní, a dokonce se sám i čistí.

Zaměřili se právě na polykarbonát, který se kromě zmíněných aplikací široce využívá při ochraně očí, například na průzory v helmách, nebo na čočky nejen do brýlí, ale i pro různá osvětlovací zařízení, do automobilových světel, na ochranná plastová skla, dokonce i čelní skla například ultralehkých letadel. Ve všech případech je případné zamlžení a ztráta průzračnosti nežádoucí a někdy i nebezpečné.

Jak tomu zamezit? Samozřejmě nelze zabránit, aby teplejší pára nekondenzovala v drobné kapičky na chladném povrchu. Stačí však výrazně zvýšit jeho smáčivost. Na superhydrofilním, tedy velice smáčivém povrchu se kapky okamžitě rozprostřou a slejí v jednolitý tenký průhledný film.

Aby u polykarbonátu dosáhli této vlastnosti, vědci ho v prvním kroku vystavili působení kyslíkového plazmatu o pokojové teplotě. Ve speciální trubici s velmi zředěnou kyslíkovou atmosférou, kam plastový vzorek vložili, vytvořili studené plazma pomocí elektrických výbojů. To povrch plastu nepatrně naleptalo a vytvořilo na něm radikály – reaktivní částice, které mají jeden nebo více nepárových elektronů. To zajistilo mnohem lepší adhezi (přilnavost) následně aplikovaných filmů oxidu křemičitého SiO₂ a oxidu titaničitého TiO₂ nanášených pulzním laserem. Přesněji laserovým odpařováním z povrchu, kdy lze dobře kontrolovat požadovanou tloušťku nanášené vrstvy.

Trojice vědců z Nanyangské technologické univerzity v Singapore, tvůrců nové technologie zabraňující zamlžení plastových povrchů: zleva prof. Chen Zhong a doktorand Sun Ye z Fakulty materiálových věd a inženýrství, vpravo prof. Rajdeep Singh Rawat z Národního institutu vzdělávání. Kredit: NTU Singapore

Její kvalita byla podrobena testům intenzivního mechanického tření fáčovinou a odtrhování lepící páskou z povrchu. Oba experimenty potvrdily vynikající přilnavost a mechanickou odolnost nového povlaku. Vysokorychlostní kamera odhalila, že kapka, která se ošetřeného povrchu dotkne, se rozprostře do tenké jednolité vrstvičky během 93 milisekund, což je čas kratší jednoho mrknutí lidského oka. Povrch se tedy neorosí, protože se na něm drobné diskrétní kapičky nevytvoří.

A navíc sluneční záření probouzí jeho samočistící schopnosti. V povlaku obsažený oxid titaničitý působením přirozené UV složky denního světla funguje jako katalyzátor rozkladu některých organických látek, přičemž sám se nemění. Fotokatalytická degradace se testovala na methylenové modři a kyselině olejové.

Dobře, zní to zajímavě. Jenže nesnižují tyto úpravy průhlednost, což je u umělých skel do brýlí nebo u štítů chránících zrak důležité? Překvapivě, opak je pravdou. Nová povrchová modifikace je antireflexní. Upravená čočka propustí až 89.2 % dopadajícího světla, přibližně o 4,3 % víc než stejná čočka bez povrchového povlaku (84,9 %). Tedy i obraz přes brýle s upravenými polykarbonátovými skly je jasnější.

I když i nyní jsou na trhu dostupné spreje nebo ubrousky proti zamlžení, poskytují jen dočasné a nejisté řešení. Postřiky nevydrží mytí a ošetřený povrch se lehce znečistí. Podle jednoho z řešitelů studie, profesora Chena Zhonga, nová úprava povrchu „je rychlá, trvá přibližně hodinu a přináší dlouhodobé výsledky, což představuje potenciál pro široké praktické využití".

Postup tvorby povlaku a výsledky testů jeho schopností výzkumníci Nanyangské technologické univerzity v Singapore popsali v odborném časopisu Applied Surface Science

Video: Zamlžují se vám při nošení ochranných masek brýle? Vědci z Nanyang Technological University našli řešení – nový trvanlivý povlak proti zamlžování plastových povrchů, který je antireflexní a má působením slunečního UV záření i samočistící schopnosti. Kredit: Nanyang Technological University.

Literatura

Nanyang Technological University, Singapore, News Release

Applied Surface Science