Världens första 3D-utskriftsteknik som kan användas i transparenta skärmar och AR-enheter har utvecklats, som implementerar det fysiska fenomenet kameleontens skiftande hudfärg eller påfågelns vackra fjäderfärg.
Dr Jaeyeon Pyos team på KERI har lyckats förverkliga ett tredimensionellt diffraktionsgitter som exakt kan styra ljusets väg baserat på "nanoskala 3D-utskriftsteknik." Detta är en ny teknik som kan utnyttja principen om strukturell färg som observeras i naturen för avancerad skärmteknik. Forskningen publicerades som en omslagsartikel i ACS Nano .
När ljus möter en mikrostruktur på våglängdsnivån (1/100 till 1/1000 av tjockleken på ett människohår) böjs det och ändrar sin väg. I fall där mikrostrukturen har reularitet, genomgår specifika våglängder av ljus stark reflektion på grund av diffraktion, vilket resulterar i distinkta färger som kallas "strukturell färg."
Till exempel, i naturen, kommer hudfärgen på kameleonter inte från en blandning av flera pigment; snarare uppstår det från förändringar i mikrostrukturen, som leder till produktion av strukturella färger. På samma sätt är de vackra färgerna som ses i påfågelfjädrar ett resultat av det specifika arrangemanget av deras interna mikrostruktur.
KERIs prestation är förverkligandet av "diffraktionsgitter", som exakt kan styra strukturella färger, med nanoskala 3D-utskriftsteknik. Ett diffraktionsgitter är en anordning med en regelbundet anordnad mikrostruktur i syfte att kontrollera ljusets diffraktion. När ljus lyser på den reflekteras ljuset i olika banor beroende på våglängden, vilket skapar en specifik strukturell färg eller spektrum. Det är med andra ord en 3D-utskriftsteknik som möjliggör exakt kontroll av ljuset för livfull färgning utan färgämnen.
Ett mycket fint diffraktionsgitter behövs för att kontrollera diffraktionen av ljus vars våglängd bara är 1/1000 av tjockleken på ett människohår. KERI, som har världens bästa 3D-utskriftsteknik i nanoskala, lyckades skriva ut nanotrådsdiffraktionsgitter med hög densitet med en ny metod som kallas "lateral utskrift". Detta görs genom att flytta 3D-utskriftsmunstycket som om det syr för att skriva ut bryggformen(﹇).
Det påvisade diffraktionsgittret förväntas användas i en mängd olika avancerade bildskärmstillämpningar. Med tanke på transparensen hos själva diffraktionsgittret kan det användas i en mängd olika framtida transparenta displayer som smarta fönster, speglar och heads-up displayer i bilar.
Det finns också många tillämpningar för denna teknik i AR-enheter som redan använder diffraktionsgitter som en nyckelkomponent. Dessutom kan diffraktionsgitter designas för att avge olika färger beroende på deras deformation, vilket gör tekniken användbar inom maskinteknik och biomedicinska applikationer där deformationsdetektering krävs, och själva diffraktionsgittret kan användas i en mängd olika optisk fysikforskning.
Dr Jaeyeon Pyo från KERI sa att detta är "världens första 3D-utskriftsteknik som exakt implementerar den önskade strukturella färgen på önskad plats utan begränsningar på materialet eller formen på substratet." Han tillade att den här tekniken kommer att kunna övervinna de formella "Form-Factor"-begränsningarna hos displayenheter och åstadkomma diversifiering av former.
KERI, som har slutfört patentansökan för den ursprungliga tekniken, förväntar sig att denna prestation kommer att få mycket uppmärksamhet från displayrelaterade företag och planerar att främja tekniköverföring genom att identifiera företag som behöver denna teknik.
Mer information: Jongcheon Bae et al, Tredimensionell utskrift av strukturell färg med en femtolitermenisk, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c02236
Journalinformation: ACS Nano
Tillhandahålls av National Research Council of Science &Technology
