Schluss mit beschlagenen Brillen: Nanogold-Heizung verhindert unliebsamen Effekt bei Brillengläsern

Wer eine Brille trägt, der kennt auch das Problem beschlagener Brillengläser. Sobald es draußen kalt genug wird, bildet sich beim Wechsel vom kalten Außenbereich in beheizte Räume eine Schicht kondensierter Flüssigkeit auf den Brillengläsern. Dieser Effekt trat auch durch die Feuchtigkeit in der Atemluft durch das Maskentragen während der Coronapandiemie auf. Forscher:innen haben nun eine Beschichtigun aus Gold und Titanoxid entwickelt, die wie eine Miniaturheizung fungiert und so das Beschlagen verhindert.

Unangenehme Kondensation auf Brillengläsern

Der Effekt, der für das Beschlagen der Brillengläser verantwortlich ist, ist relativ einfach. Während des Aufenthalts im Freien kühlt das Brillenglas ab. Trifft es dann auf die warme Luft in einem Innenraum oder auf warme Atemluft, dann kühlt die Luft am Brillenglas ab, was zur Kondensation der in ihr enthaltenen Feuchtigkeit führt. Diese Feuchtigkeit setzt sich in Form kleiner Tröpfchen auf den Brillengläsern ab – sie beschlagen. Dies legt sich erst wieder, wenn die Brillengläser sich auf die Umgebungstemperatur erwärmt haben.

Um diesem Effekt entgegenzuwirken, gibt es etwa Antibeschlagsprays. Diese wirken allerdings nur bedingt, da sie die Kondensation nur gleichmäßiger verteilen, aber nicht verhindern. Autoscheiben sind oft mit einer heizbaren Schicht aus Nanokohlenstoffröhrchen oder Zinnoxid ausgestattet, um das Beschlagen zu verhindern. Allerdings ist diese Methode auf eine Stromquelle angewiesen, sodass der Einsatz in Brillen oder ähnlichen Gegenständen nur schwer möglich ist.

Goldbeschichtung soll Beschlagen verhindern

Ein Team rund um Iwan Hächler von der ETH Zürich hat eine Methode entwickelt, die das Beschlagen verhindern soll, ohne dass dafür zugeführter Strom benötigt wird. Dabei kommt eine ultradünne, transparente Beschichtung aus Gold zum Einsatz. Diese erwärmt sich im Sonnenlicht und soll so auf die Brillengläser aufgetragen die Temperaturunterschiede zwischen dem Glas und der Umgebung ausgleichen. So kann das Beschlagen der Gläser verhindert werden.

Der Clou ist dabei die besondere Zusammensetzung der Beschichtung. Diese besteht aus einer Sandwichkomposition aus Gold und Titanoxid, bei der winzige Goldcluster zwischen zwei dünnen Schichten aus Titanoxid. Die Beschichtung erwärmt sich durch Licht, das vornehmlich aus dem für den Menschen unsichtbaren Infrarotspektrum. „Unsere Beschichtung absorbiert einen großen Teil der Infrarotstrahlung und erwärmt sich dadurch um bis zu acht Grad Celsius“ erklärt Hächler.

Beschichtung funktioniert auch ohne Sonnenlicht

Die beiden Titanoxidschichten schützen nicht nur die Goldkomponente, sondern spielen auch eine Rolle beim heizenden Effekt der Beschichtung. Titanoxid verfügt über lichtbrechende Eigenschaften und sorgt so dafür, dass vor allem längere Wellenlängen an die Goldschicht gelangen. „Das verlängert die Zeit, die das Licht bei der Wechselwirkung mit dem Goldfilm verbringt, wodurch die Infrarot-Absorption verbessert wird„, so das Team. Die Beschichtung absorbiert kaum Licht aus dem Spektrum, das für Menschen sichtbar ist und erscheint so dennoch transparent. So ist gut für Brillengläser und vergleichbare Anwendungsfälle geeignet.

Das Team betont außerdem, dass die Beschichtung auch bei bewölktem Himmel oder in Innenräumen funktioniere – also ohne sichtbares Sonnenlicht. Es sei zudem nicht zu befürchten, dass sich das Material bei intensiver Sonneneinstrahlung zu stark erwärmt. „Die Scheibenbeschichtung absorbiert die Infrarotstrahlen der Sonne, was die Scheibe gezielt erwärmt und verhindert, dass die Strahlung in das Innere des Autos oder Gebäudes gelangt. Dadurch heizt sich der Innenraum noch weniger auf als ohne die Beschichtung„, so das Team.

Vielversprechende Tests

Das Team testete die Beschichtung bereits an Glasoberflächen im Labor und unter realen Bedingungen an Brillengläsern. Im Vergleich zu nicht beschichteten Oberflöchen beschlugen die beschichteten Glasflächen viermal weniger. Die Foscher:innen können sich vorstellen, dass die Methode bei Materialien wie Brillengläsern, Fenster- und Autoscheiben, Spiegeln und optischen Sensoren eingesetzt werden könnte. Zudem sei das Auftragen relativ einfach, die Beschichtung kann schlicht im Vakuum auf die entsprechende Oberfläche aufgedampft werden. Die Beschichtung sei auch relativ günstig herzustellen, da nur extrem geringe Mengen der Metalle benötigt wird.

Die ETH Zürich hat die Beschichtung bereits zum Patent angemeldet. Die Wissenschaftler:innen wollen ihre Methode nun weiterentwickeln und etwa untersuchen, ob sich auch andere Metalle für die Beschichtung eignen.

via ETH Zürich