När du tittar på Morpho-fjärilar som vacklar under flygning, skimrande i en livlig blå färg, bevittnar du en ovanlig form av strukturell färg som forskare bara börjar använda i belysningstekniker som optiska diffusorer. Dessutom skulle en självrengörande förmåga till sådana diffusorer minimera nedsmutsning och fläckar och maximera praktisk användbarhet.
Nu, i en studie som nyligen publicerades i Advanced Optical Materials , har forskare vid Osaka University utvecklat en vattenavvisande nanostrukturerad ljusspridare som överträffar funktionaliteten hos andra vanliga diffusorer. Detta arbete kan hjälpa till att lösa vanliga ljusdilemman inom modern teknik.
Standardbelysning kan så småningom bli tröttsam eftersom den lyser ojämnt. Således använder många bildskärmstekniker optiska diffusorer för att göra ljusutbytet mer enhetligt. Konventionella optiska diffusorer minskar dock ljusutbytet, fungerar inte bra för alla utsända färger eller kräver speciell ansträngning för att rengöra.
Morpho fjärilar är en inspiration för förbättrade optiska diffusorer. Deras slumpmässigt arrangerade flerskiktsarkitektur möjliggör strukturell färg:i detta fall selektiv reflektion av blått ljus över en ≥±40° vinkel från belysningens riktning. Målet med detta arbete är att använda denna inspiration från naturen för att designa en förenklad optisk diffusor som har både hög transmittans och bred vinkelspridning, fungerar för en rad färger utan dispersion, rengör med en enkel vattensköljning och kan formas med standardverktyg för nanotillverkning.
"Vi skapar tvådimensionella nanomönster - i vanlig transparent polydimetylsiloxanelastomer - med binär höjd men slumpmässig bredd, och de två ytorna har olika strukturella skalor", förklarar Kazuma Yamashita, huvudförfattare till studien. "Därför rapporterar vi en effektiv optisk diffusor för ljus med kort och lång våglängd."
Forskarna skräddarsydda mönstren på diffusorytorna för att optimera prestandan för blått och rött ljus och deras självrengörande egenskaper. Den experimentellt uppmätta ljustransmittansen var>93 % över hela spektrumet av synligt ljus, och ljusdiffusionen var betydande och kunde styras till anisotropisk form:78° i x-riktningen och 16° i y-riktningen (liknande värden som beräknas genom simuleringar). Dessutom stötte ytorna både kraftigt bort vatten i kontaktvinkel och självrengörande experiment.
"Att applicera skyddande täckglasskikt på vardera sidan av den optiska diffusorn bibehåller till stor del de optiska egenskaperna, men skyddar ändå mot repor", säger Akira Saito, senior författare. "Glaset minimerar behovet av försiktig hantering och indikerar vår tekniks användbarhet för dagsljusskördande fönster."
Detta arbete betonar att studier av den naturliga världen kan ge insikter för förbättrade vardagliga enheter; i detta fall belysningsteknik för visuella skärmar. Det faktum att diffusorn består av ett billigt material som i huvudsak rengör sig själv och enkelt kan formas med vanliga verktyg kan inspirera andra forskare att tillämpa resultaten av detta arbete på elektronik och många andra områden.
Mer information: Kazuma Yamashita et al, Utveckling av en högpresterande, anti-fouling optisk diffusor inspirerad av Morpho Butterflys nanostruktur, Avancerade optiska material (2023). DOI:10.1002/adom.202301086
Journalinformation: Avancerat optiskt material
Tillhandahålls av Osaka University
