Des chercheurs de l’ETH Zurich ont mis au point un revêtement transparent ultrafin à base d’or capable de convertir la lumière du soleil en chaleur. Il peut être appliqué sur le verre et d’autres surfaces pour les empêcher de s’embuer. Les applications pour le nouveau revêtement incluent les lunettes et les pare-brise de voiture.
Les chercheurs du groupe dirigé par les professeurs de l’ETH Dimos Poulikakos et Thomas Schutzius soulignent que leur revêtement est fabriqué avec des méthodes largement utilisées dans la fabrication. Dans une salle blanche et en utilisant le dépôt en phase vapeur sous vide, de minuscules quantités d’or sont déposées sur la surface. L’ETH Zurich a déposé un brevet sur le revêtement.
Absorbant une grande partie du rayonnement infrarouge
La particularité du nouveau revêtement est qu’il absorbe sélectivement le rayonnement solaire. La moitié de l’énergie contenue dans la lumière solaire réside dans le spectre infrarouge, l’autre moitié dans le spectre de la lumière visible et du rayonnement UV. « Notre revêtement absorbe une grande partie du rayonnement infrarouge, ce qui le fait chauffer jusqu’à 8 degrés Celsius », explique Iwan Hächler, doctorant à l’ETH, qui a joué un rôle moteur dans le développement. Il n’absorbe qu’une fraction mineure du rayonnement dans le domaine visible, raison pour laquelle le revêtement est transparent.
Le nouveau revêtement adopte une approche qui diffère des méthodes antibuée conventionnelles. Traditionnellement, les surfaces sont recouvertes de molécules (hydrophiles) attirant l’eau, ce qui se traduit par une répartition uniforme de la condensation. C’est ainsi que fonctionnent les sprays antibuée. Mais la nouvelle méthode chauffe plutôt la surface, empêchant ainsi la condensation induite par l’humidité de s’y former en premier lieu. C’est le même principe que celui utilisé pour la lunette arrière d’une voiture. Mais, comme le souligne Hächler, le chauffage électrique est inefficace et gaspilleur d’énergie. En revanche, le nouveau revêtement est chauffé passivement et ne nécessite, pendant la journée, aucune source d’énergie supplémentaire.
Plus fin, souple et plus efficace
Poulikakos, Schutzius et leurs équipes travaillent depuis plusieurs années sur des revêtements de surface à chauffage passif. Il y a trois ans, les scientifiques ont publié leur premier article de recherche sur un revêtement en or qui empêchait les surfaces transparentes de s’embuer. Le revêtement qu’ils ont maintenant présenté présente de nombreux avantages par rapport au premier : il est composé d’une seule nanocouche d’or et est nettement plus fin, ce qui le rend plus transparent et plus souple. De plus, il est également plus transparent et efficace car il absorbe la lumière infrarouge de manière plus sélective.
L’or est peut-être cher, mais les chercheurs soulignent que son revêtement nécessite si peu que les coûts des matériaux restent faibles. Le revêtement comprend de minuscules grappes d’or extrêmement fines prises en sandwich entre deux couches ultrafines d’oxyde de titane, un matériau électriquement isolant. En raison de leurs propriétés de réfraction, ces deux couches externes augmentent l’efficacité de l’effet chauffant. De plus, la couche supérieure d’oxyde de titane agit comme une finition qui protège la couche d’or de l’usure. Tout ce « sandwich » ne fait que 10 nanomètres d’épaisseur. A titre de comparaison, une feuille d’or ordinaire est douze fois plus épaisse.
Crédit : ETH Zurich
Les grappes d’or individuelles se touchent au minimum, ce qui permet à la couche d’or de commencer à conduire l’électricité. Ainsi, en l’absence de lumière solaire, il serait toujours possible d’utiliser l’électricité pour chauffer le revêtement.
Les chercheurs vont maintenant développer davantage le revêtement pour d’autres applications. Dans le processus, ils étudieront si d’autres métaux fonctionnent aussi bien que l’or. En plus des lunettes et des pare-brise, cette méthode antibuée pourrait être utilisée partout où les objets doivent être à la fois chauffés et transparents, comme les fenêtres, les miroirs ou les capteurs optiques.
Il n’y a pas lieu de craindre, cependant, que cela fasse chauffer davantage une voiture ou un bâtiment en été. Hächler, doctorant à l’ETH, explique : « Le revêtement de la vitre absorbe les rayons infrarouges du soleil, ce qui chauffe spécifiquement la vitre et empêche le rayonnement d’atteindre l’intérieur de la voiture ou du bâtiment. En conséquence, l’intérieur se réchauffe encore moins qu’il ne le ferait sans le revêtement. »
La recherche est publiée dans la revue Nanotechnologie de la nature.
Plus d’information:
Gabriel Schnoering, Métamatériaux transparents antibuée activés par la lumière du soleil, Nanotechnologie de la nature (2022). DOI : 10.1038/s41565-022-01267-1 , www.nature.com/articles/s41565-022-01267-1
Briefing de recherche connexe : Combattre la formation de buée avec des nano-absorbeurs sélectifs de lumière solaire. Nanotechnologie de la nature 2022, DOI : 10.1038/s41565-022-01269-z , www.nature.com/articles/s41565-022-01269-z