Nästa generation av ljusmanipulerande nätverk kan ta sin ledning från design inspirerad av spindlar och löv, enligt en ny rapport från två Boston College-fysiker och kollegor vid South China Normal University.

Strukturer som är så vanliga som spindelnät och lövventilering visar att de kan leda till nästan optimal prestanda när de kopieras för att skapa flexibla och hållbara nätverk som kan användas i optoelektroniska applikationer som solceller och bildskärmar, forskarteamet rapporterade i en ny upplaga av tidskriften Naturkommunikation .

"Vår idé är ganska enkel och långtgående, " sa forskardocent i fysik Andrzej Herczynski, en medförfattare till rapporten. "Det börjar med utgångspunkten att naturliga former erbjuder färdiga lösningar för effektiv design, testat under miljontals år genom naturligt urval."

En nätverksdesign inspirerad av ett blads ådrorsnörade struktur fungerade som en effektiv elektrod för solceller, ljuskällor och genomskinliga värmare, bland andra applikationer, laget rapporterade.

"Denna naturliga struktur har optimerats genom den evolutionära processen för effektiv näringstillförsel med maximal styrka och lätt skörd, " sa medförfattaren till Boston College professor i fysik Krzysztof Kempa. "I vår ansökan, dessa egenskaper översätts till högeffektiva strömtransporter, önskvärda mekaniska egenskaper, och minimal ljusskuggning."

Ett andra nätverk, ritar på samma mönster som gör spindelnät till effektiva fällor för insekter och insekter, fungerar som ett effektivt sätt att dra ljus genom en optoelektronisk enhet. Nätverket kan hitta potentiell tillämpning i nästa generations pekskärmar och displaypaneler på grund av dess extrema flexibilitet, betydande mekanisk styrka, "stealth" transparens och hög grad av enhetlighet, sa forskarna.

En av de främsta fördelarna med dessa två föreslagna metoder är den låga kostnaden och enkelheten i tillverkningsprocessen.

Forskarna sa att de var förvånade över nätverkens överlägsna prestanda i experimentella scenarier. Båda levererade en fyrfaldig ökning av elektrooptiska egenskaper, eller riktmärket för merit. Vidare, nätverket för design av spindelnät kan sträckas ut med upp till 25 procent utan någon förlust av prestanda och ser endast en minimal nedgång när det sträcks upp till 100 procent av sin ursprungliga storlek, laget rapporterade.

"Inget annat elektrodnätverk kan sträckas mer än 10 procent, ", sa Kempa. Andra medlemmar i forskargruppen inkluderade professor Zhifeng Ren vid University of Houston och prof. Jinwej Gao från South China Normal University och hans forskargrupp.

Forskarna säger att de specifika nätverksmönster de har föreslagit kan förbättra effektiviteten hos solceller och prestandan hos en ny generation av flexibla, hållbara pekskärmar och displayer.

"Öka effektiviteten av solceller, särskilt, är en kritisk komponent i strävan efter förnybara energikällor, en stor hållbarhet och ekologisk utmaning, ", sa Herczynski. "Flexibla monitorer och displayer kommer sannolikt att bli allt viktigare för sådana möjliga användningsområden som bärbara skärmar och elastiska smarta telefoner."