Revestimentos antirrefletores são capazes de inibir os efeitos de reflexão da luz na superfície do material e dessa forma maximizam a transmitância de luz. A pergunta seria onde eles são necessários? De fato, imagine agora um parabrisa de automóvel onde quando bate luz você não vê reflexos de imagens na superfície lentes de óculos onde ocorrem os mesmos efeitos, esses são exemplos cotidianos e gerais, mas em termos de pesquisa cientifica os mesmos são aplicados em diversos campos, como na Astronomia para melhorar a qualidade do sinal recebido, e em dispositivos ópticos em geral. Na imagem abaixo é possível observar a diferença de um vidro sem um revestimento antirrefletor e outro com esse revestimento.
Em geral a luz pode sofrer absorção, espalhamento, reflexão e transmissão quando incinde em uma superfície os três primeiros itens causam perdas de sinal (se o objetivo é receber o sinal em um determinado detector). Uma alta transmitância de luz muitas vezes pode ser desejada, e nesses momentos buscamos produzir recobrimentos nas superfícies capazes de diminuir as perdas causadas por reflexão e espalhamento, pois fenômenos de absorção estão ligados a estrutura química da superfície, dessa forma podemos equacionar a transmitância de luz em um meio como:
Onde R refere-se a reflexão, IA a intensidade de luz absorvida e IE a intensidade de luz espalhada.
Os fenômenos de espalhamento, em geral, são causados quando temos um material que possui estruturas da ordem do comprimento de onda que esta sendo incidido, logo para minimizarmos este tipo de fenômeno devemos sempre tomar cuidado com as ordens de grandezas das estruturas que são depositadas no material, por exemplo, para uma luz na região do visível, partículas ou aglomerados de ordem de tamanho em torno de 0.4μm, começam a amplificar os fenômenos de espalhamento, no entanto essa mesma ordem de grandeza ainda não causa espalhamento na região do infravermelho. Assim quanto maior o comprimento de onda, menores fosfenos de espalhamentos obtemos. Um fenômeno de espalhamento de luz bem conhecido é a formação do arco-iris:
Os fenômenos de reflexão estão relacionados com o índice de refração do material e seu contraste com o índice do meio (geralmente o ar), logo para minimizar esse tipo de fenômeno deve-se trabalhar com revestimentos ou estruturação capazes de alterar este "contraste" entre índice de refração do meio, geralmente ar, e o da superfície.
Um dos métodos muito utilizados para diminuir fenômenos de reflexão na superfície de um material é conhecido como revestimentos interferométricos, nesta técnica utiliza-se uma ou mais camadas de filmes com diferentes índices de refração e espessura física controlada, como mostra a figura abaixo:
Em revestimentos interferométricos o que conta são as relações entre os índices de refração dos filmes, meio e substrato, de modo que se estivermos considerando o meio como o ar, o substrato revestido por dois filmes finos com índices n1 e n2 respectivamente, para obtermos uma boa antirreflexão deve-se obedecer a relação:
No entanto, para obtenção de um revestimento antirrefletor a espessura dos filmes também deve ser controlada, ou seja, a mesma deve ser igual a 1/4 do comprimento de onda do filme (que é equivalente a razão do comprimento de onda do feixe de luz incidente pelo índice de refração do filme), assim:
Assim a espessura física é escrita em função da espessura óptica, e, ou do comprimento de onda do feixe incidente, por:
Na equação acima, d refere-se a espessura física do filme a ser depositado, ε a espessura óptica e n ao índice de refração do material, assim λ é o comprimento de onda incidente, e logo conclui-se que a espessura do filme a ser depositado é equivalente a 1/4 do comprimento de onda do material.
Outro método para obtenção de revestimentos antirrefletores que fornecem ao material uma antirreflexão numa maior escala de incidência angular é por meio de revestimentos de índice gradual, muio mais difícil de se obter do que no caso de filmes interferométricos no entanto são também muito melhores, abaixo mostramos uma figura do que seria um revestimento de índice gradual sobre um substrato qualquer.
http://www.amolf.nl/nanophotovoltaics, setembro de 2010.
Nesses casos o que ocorre é uma variação suave e gradual do índice de refração do meio, geralmente ar, e do substrato de modo que o feixe de luz ao penetrar no revestimento "sente" o índice aumentando passo a passo, o que faz com que gere interferências destrutivas para os feixes refletidos e desta forma uma maior intensidade de luz para os feixes transmitidos.
Assim, é possível observar que ainda é um desafio para a pesquisa em óptica a aquisição de alta transmitância óptica, pois aqui descrevemos apenas um dos parâmetros que causam efeitos de perda de transmitância para estudos nos casos de absorção e espalhamento levaríamos mais um post inteiro, no entanto é possível chegar com substratos de vidros a uma alta transmitância óptica, então como novo desafio e para uma nova postagem, serão apresentados resultados da obtenção de alta transmitância óptica em substratos de vidros simultaneamente com propriedades autolimpantes, isso mesmo, imagine um vidro transparente "como ar" e autolimpante, não precisaríamos mais de limpadores de parabrisas, os óculos sempre limpos e com boa visibilidade, sem contar no grande avanço que teríamos para a industria de sensores e células solares.
Referências:
[1] Camargo, K.C., Tese de doutoramento: Filmes Superhidrofobicos e Antirrefletores em Largo Espectro, maio, 2012
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Antireflection_coating_split_pic.jpg , Novembro 2012
[3] http://www.blogdothame.blog.br/v1/2012/10/18/arco-iris-de-uma-cor-so/ , Novembro 2012
