Färgat spegellager tryckt på en folie. Bläckstråleutskrift möjliggör strukturering, så att logotyper med stora ytor också kan skrivas ut. Kredit:Qihao Jin, KIT
Dielektriska speglar, även kallade Bragg-speglar, reflekterar ljus nästan helt. Därför är de lämpade för olika applikationer, såsom kamerasystem och sensorsystem för mikroskopi och medicinsk teknik. Hittills har sådana speglar producerats genom komplexa processer i dyra vakuumanordningar.
Forskare från Karlsruhe Institute of Technology (KIT) är nu de första att skriva ut högkvalitativa Bragg-speglar med bläckstråleskrivare. Detta kan bana väg mot digital tillverkning av skräddarsydda speglar. Forskningsresultaten publiceras i Advanced Materials .
Bragg-speglar tillverkas genom att flera tunna lager av material appliceras på en bärare. Den resulterande optiska spegeln reflekterar specifikt ljuset av en viss våglängd. Reflexionsförmågan hos en Bragg-spegel beror på materialen, antalet applicerade skikt och deras tjocklek. KIT-forskare var de första att skriva ut dem på olika bärare. Detta underlättar i hög grad produktionen.
Bläck gjorda av nanopartiklar
"Det var en stor utmaning att utveckla lämpliga bläck och att etablera en pålitlig process för produktion av flera tunna lager", säger professor Uli Lemmer från KIT:s Light Technology Institute (LTI), som leder projektet som är en del av "3D Matter". Made to Order" kluster av excellens.
Bläckens beståndsdelar måste ha lämpliga optiska egenskaper och vara lösliga. Dessutom bör varje lager vara så homogent som möjligt för att få en konsekvent stapel av lager. Trycket måste kontrolleras exakt och resultaten måste vara reproducerbara för att garantera utmärkta optiska egenskaper och en hög reflektionsförmåga hos Bragg-speglarna.
Forskargruppen bestämde sig för att använda nanopartiklar. "Tack vare den snabba utvecklingen av nanokemi blir nanopartiklar billigare och mer mångsidiga", säger Lemmer. Hans team använde en blandning av två olika material, titanoxid och polymetylmetakrylat, som optiska komponenter i bläcket. Med hjälp av bläcken lyckades forskarna få fram extremt exakta optiska egenskaper och tjocklekar på skikten. "Vi nådde en mycket hög reflektionsförmåga på 99 % med bara tio dubbla lager", säger Lemmer.
Utskrift på stora och små ytor
Metoden som utvecklats av forskarna från LTI kan användas på mycket små ytor ner till intervall på några mikrometer, vilket möjliggör produktion av optiska komponenter för mikrosystemteknologier eller kamerasystem. Å andra sidan kan stora ytor på några kvadratmeter skrivas ut för solcellsmoduler, fasader och reklamdisplayer.
Sådana speglar har till och med tryckts på flexibla plastfolier. "Den helt digitala processen möjliggör tillverkning av spegellager som är exakt anpassade till applikationen. Detta är en stor fördel jämfört med konventionella tillverkningsmetoder", säger Lemmer. + Utforska vidare
