Por Phys Org
[Texto adaptado – O artigo possui links em inglês – Imagem do PO]
Pesquisadores se voltaram para a asa da cigarra para projetarem superfícies com propriedades altamente anti-reflexivas, que possuem aplicações potenciais para células solares, superfícies discretas, materiais anti estáticos e outras aplicações ópticas.
Como pesquisadores Imran Zada et al. na Universidade Jiao Tong de Xangai na China explicam em uma edição recente da Applied Physics Letters, as asas da cigarra têm estruturas em nanoescala que lhes conferem propriedades anti-reflexivas excepcionais, permitindo que propaguem ou absorvam quase 100% da luz visível. Quando se trata de células solares, propriedades anti-reflexivas desempenham um papel importante, uma vez que absorver mais luz leva a um melhor desempenho geral.
No artigo, os pesquisadores explicam como eles fabricaram uma superfície de dióxido de silício (um material barato que é comumente usado para fazer janelas e lentes de câmeras) com o mesmo padrão nanoestruturado que as asas de cigarra (que são feitas principalmente de quitina), usando as asas como modelo. Tratando as asas de cigarra biológicas em uma solução contendo dióxido de silício, depois expondo as asas tratadas a ultra-som de alta intensidade e, finalmente, permitindo que as asas se solidifiquem para que as asas possam ser separadas do material de dióxido de silício, os pesquisadores puderam fabricar superfícies biomórficas de dióxido de silício com o mesmo padrão nanoestruturado que as asas da cigarra têm.
“Nosso trabalho demonstra que o dióxido de silício com uma estrutura anti-reflexiva, pode ser fabricado diretamente de asas de cigarra através de um método ultra-sônico assistido sol-gel (pectização) simples e barato“, disse o co-autor Wang Zhang da Universidade Jiao Tong de Shanghai. “O material exibe um alto desempenho de propriedades anti-reflexivas na faixa de comprimentos de onda visíveis em uma ampla gama de ângulos de incidência“.
Os testes revelaram que as novas superfícies têm uma reflectância muito baixa, absorvendo apenas 0,3% da luz visível. As propriedades de reflectância variam dependendo do ângulo de incidência da luz, no entanto, e aumentam para 3,3% com o aumento dos ângulos de incidência da luz. Os pesquisadores explicam que as boas propriedades de anti-reflexão surgem devido ao padrão nanoestruturado das asas, nas quais as dimensões das nanoestruturas são menores do que o comprimento de onda da luz. Este padrão cria de forma continua um perfil de índice nivelado de refração do ar para a superfície do material, que essencialmente fornece um caminho para raios de luz entrarem no material e impede que eles reflitam de volta.
Embora as asas da cigarra sejam naturalmente super hidrófobas, os pesquisadores conseguiram afinar essa propriedade na superfície do dióxido de silício, alterando sua composição química, transformando-a em material hidrofílico. Com propriedades hidrófilas, a superfície facilmente forma ligações de hidrogênio com moléculas de água. Combinado com as propriedades anti-reflexivas do material, isso tem o efeito de evitar a formação de névoa, sugerindo possíveis aplicações para materiais ópticos anti-nebulosidade e auto-limpeza. Os pesquisadores planejam explorar esses tipos de aplicações em trabalho futuro.
“No futuro, o nosso trabalho tem como objetivo a fabricação de materiais com alto índice de refração com estruturas anti-reflexivas para estudar suas propriedades multifuncionais, como anti-reflexão, atividade antibacteriana e super hidrofobicidade“, disse Zhang.
Journal reference
Applied Physics Letters
Imran Zada et al. “Multifunctional, angle dependent antireflection, and hydrophilic properties of SiO2 inspired by nano-scale structures of cicada wings.” Applied Physics Letters. DOI: 10.1063/1.4986133
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