Forskare vid Institutet för vetenskaplig och industriell forskning vid Osaka University introducerade en ny tillverkningsmetod i vätskefas för att producera nanocellulosafilmer med flera inriktningsaxlar. Använda 3-D-utskriftsmetoder för ökad kontroll, detta arbete kan leda till billigare och mer miljövänliga optiska och termiska enheter.

Ända sedan han medverkade i det ursprungliga TV-programmet "Star Trek" på 1960-talet, spelet tredimensionellt schack har använts som en metafor för sofistikerat tänkande. Nu, forskare vid Osaka University har utvecklat sin egen version med potentiella tillämpningar inom avancerad optik och billiga smartphone-skärmar.

Många befintliga optiska enheter, inklusive flytande kristallskärmar (LCD) som finns i äldre platt-tv, förlita sig på långa nålformade molekyler inriktade i samma riktning. Dock, Det är mycket svårare att få fibrer att rada sig i flera riktningar på samma enhet. Att ha en metod som på ett tillförlitligt och billigt sätt kan producera optiska fibrer skulle påskynda tillverkningen av lågkostnadsskärmar eller till och med "papperselektronik" - datorer som kan skrivas ut från biologiskt nedbrytbara material på begäran.

Cellulosa, den primära beståndsdelen av bomull och trä, är en riklig förnybar resurs gjord av långa molekyler. Nanocellulosa är nanofibrer gjorda av enaxliga cellulosamolekylkedjor som har olika optiska och värmeledningsegenskaper längs en riktning jämfört med en annan.

I nypublicerad forskning från Institute of Scientific and Industrial Research vid Osaka University, nanocellulosa skördades från havsananas, ett slags havsspruta. Forskarna använde sedan vätskefas 3-D-mönster, som kombinerade våtspinning av nanofibrer med precisionen i 3D-utskrift. En skräddarsydd triaxiell robot dispenserade en vattenhaltig nanocellulosasuspension i ett acetonkoagulationsbad.

"Vi utvecklade denna vätskefas tredimensionella mönstringsteknik för att möjliggöra nanocellulosainriktning längs vilken axel som helst, " säger första författaren Kojiro Uetani. Mönstrens riktning kunde programmeras så att det bildade ett alternerande rutmönster av vertikalt och horisontellt inriktade fibrer.

För att demonstrera metoden, en film placerades mellan två ortogonala polariserande filmer. Under rätt visningsförhållanden, ett dubbelbrytande rutmönster dök upp. De mätte också egenskaperna för värmeöverföring och optisk retardation.

"Våra resultat kan hjälpa till i utvecklingen av nästa generations optiska material och papperselektronik, ", säger seniorförfattaren Masaya Nogi. "Detta kan vara början på bottom-up-tekniker för att bygga sofistikerade och energieffektiva optiska och termiska material."