En forskargrupp från Toyohashi University of Technology har lyckats utveckla ett variabelt färgark med en filmtjocklek på 400 nanometer som ändrar färg när den sträcks och krymper. De utvecklade töjbara färgarken förväntas appliceras på skärmelement av limtyp, eftersom de kan fästa på huden eller överföras till olika elektroniska anordningar vid rumstemperatur genom att utnyttja elastomerernas höga vidhäftningsförmåga.

Ett gemensamt forskarteam av Hayato Kumagai under den senare hälften av en doktorandkurs och Kazuhiro Takahashi, Docent vid avdelningen för elektrisk och elektronisk informationsteknik vid Toyohashi University of Technology, och Toshinori Fujie, Docent (lektor) vid School of Life Science and Technology vid Tokyo Institute of Technology, har lyckats utveckla ett variabelt färgark med en filmtjocklek på 400 nanometer (mindre än en hundradel av tjockleken på ett människohår) som ändrar färg när det sträcks och krymps. Detta variabla färgark använder färggenereringen av metallnanostrukturer som bildas i elastomerarket för att uppnå reversibel våglängdskontroll av transmitterat ljus över ett våglängdsområde på 495 till 660 nanometer genom expansion och kontraktion. De utvecklade töjbara färgarken förväntas appliceras på skärmelement av limtyp, eftersom de kan fästa på huden eller överföras till olika elektroniska anordningar vid rumstemperatur genom att utnyttja elastomerernas höga vidhäftningsförmåga.

Ytor med periodiska uppsättningar av metallnanostrukturer kan ge en effekt som kallas ytplasmon, som är den kollektiva oscillationen av elektroner som svarar på speciella våglängder av ljus. Genom att använda denna effekt, färgfilter som tillåter ljus att sändas genom ett smalt nano-gap, utan vilket ljus inte kunde passera, kan tillverkas. Detta är känt som fenomenet extraordinär optisk överföring. Till skillnad från konventionella färgfilter som använder pigment, färgfilter som använder denna princip kommer inte att försämras med tiden och kan användas som färgfilter för bildsensorer inbyggda i smartphones och andra enheter. Nyligen, dynamisk färgjustering, som bildar metall nano periodiska strukturer på elastiska material och förskjuter perioden av strukturerna genom att expandera och dra ihop arket för att ändra färger, har studerats som en metod för att kontrollera våglängden av ljus som genererar ytplasmoner. Denna teknik förväntas vara tillämpbar på flexibla skärmar som är mycket flexibla i form och form, såväl som sensorer som visualiserar strukturell belastning, och liknande.

Dock, i befintliga forskningsrapporter, tjockleken på arket som stödde nanostrukturerna var i storleksordningen millimeter, vilket gör det svårt att kombinera den med drivmekanismen med hjälp av mikromaskinteknik. Dessutom, den drivkraft som krävs för expansionen och sammandragningen av stödskivan är beroende av tjockleken på duken. Därför, tjockare ark utgör utmaningen att öka drivspänningen hos mikromaskinanordningen.

För att lösa utmaningen, forskargruppen utvecklade töjbara färgark med hjälp av elastomer nanoark som gjorts till tunn film med en tjocklek på en mikrometer eller mindre, gjord av en polystyren-polybutadien-polystyren-segmentsampolymer (SBS), en typ av gummimaterial som används i bildäck och andra produkter. Genom att bädda in metalliska nanostrukturer i elastomera material gjorda till nanotunn film, extraordinär optisk transmission med användning av ytplasmoner bekräftades. Genom att anstränga nanoarken, vi bekräftade att ljuset som överfördes genom arken ändrades till blått, grön, och rött, och lyckades dynamiskt kontrollera den extraordinära optiska transmissionen med ytplasmon.

Vidare, vi har visat att våglängden för transmissionstoppen kontinuerligt kan ändras i intervallet 495 till 660 nanometer, och upprepad expansion och sammandragning är möjlig. Drivkraften för att expandera och dra ihop färgarket som vi utvecklat är mindre med 2 till 3 storleksordningar än konventionella värden och kan drivas tillräckligt av kraften som genereras av vanliga mikroaktuatorer. Dessutom, elastomerens vidhäftningsförmåga gör det möjligt att fästa arket på vilken yta som helst, möjliggör detektering och visualisering av strukturella påfrestningar. Genom att kombinera det med mikromaskinteknik, vi kan förvänta oss att realisera ett variabelt färgfilter.

Forskargruppen tror att metoden skulle kunna användas för att visa element som elektroniskt ändrar färg genom att driva de töjbara färgarken med en mikroaktuator. Med arkets flexibilitet och vidhäftningsförmåga, den förväntas användas för elektronisk hud där den klistras på mänsklig hud och visar bilder.