Syntetisk materiale fungerer som en insektkoblingsanordning

Syntetiske mikrosfærer med nanoskalahuller kan absorbere lys fra alle retninger på tværs af en lang række frekvenser, gør dem til en kandidat til antireflekterende belægninger, ifølge et team af Penn State -ingeniører. De syntetiske kugler forklarer også, hvordan bladtragtinsektet bruger lignende partikler til at skjule sig for rovdyr i sit miljø.

Forskere har længe været klar over, at bladtragte ekstruderer mikropartikler, kaldet brochosomer, og tør dem på deres vinger. Fordi partiklerne er superhydrofobe, bladbeholderens vinger forbliver tørre i våde forhold. Det, der ikke blev forstået før det nuværende arbejde, er, at brochosomerne også tillader bladtragte og deres æg at blande sig med deres baggrunde ved lysets bølgelængder, der er synlige for deres vigtigste rovdyr, såsom mariehønsbille.

"Vi vidste, at vores syntetiske partikler kunne være interessante optisk på grund af deres struktur, "sagde Tak-Sing Wong, adjunkt i maskinteknik og Wormely Family Early Career Professor i teknik. "Vi vidste ikke, indtil min tidligere postdoc og hovedforfatter af undersøgelsen Shikuan Yang tog det op på et gruppemøde, at bladbeholderen gjorde disse ikke-klæbrige belægninger med en naturlig struktur meget lig vores syntetiske. Det fik os til at spekulere på, hvordan bladbeholderen brugte disse partikler i naturen. "

At søge i den videnskabelige litteratur viste intet om blad-hopper-brochosomernes brug som camouflage. Men grubernes størrelser i de syntetiske mikrosfærer er meget tæt på lysets bølgelængde, og kan fange op til 99 procent af lyset, lige fra ultraviolet gennem synligt og ind i det nær infrarøde. Partikeloverfladen virker som et metamateriale, den type materiale, der bruges i tilslagsudstyr.

"Problemet er, at i feltet disse bladtragte producerer meget lidt af dette produkt, og det er meget svært at indsamle, "Sagde Wong." Men vi havde allerede produceret store mængder af disse strukturer i laboratoriet, nok til at sætte inde i en maskine for at se på deres optiske egenskaber. "

I et papir offentliggjort online i dag (3. november) i Naturkommunikation, forskerne simulerede insektvision og fandt ud af, at brochosomerne med stor sandsynlighed er camouflagebelægninger mod bladtragt -rovdyr. Camouflage er almindelig i naturen, men der er meget få eksempler på naturlige antireflekterende belægninger, møløjne er en fremtrædende undtagelse. Møls øjne er dækket af antireflekterende nanostrukturer, der forhindrer lys i at reflektere fra dem om natten, når rovdyr kan se dem.

De syntetiske mikrosfærer fremstilles via en temmelig kompleks fem-trins proces ved hjælp af elektrokemisk aflejring. Imidlertid, processen kan skaleres op, og mange forskellige materialer kan bruges til at lave de syntetiske brochosomer, såsom guld, sølv, manganoxid eller endda en ledende polymer.

"Forskellige materialer vil have deres egne applikationer, "Sagde Wong." For eksempel, manganoxid er et meget populært materiale, der bruges i superkapacitorer og batterier. På grund af dets høje overfladeareal, denne partikel kunne lave en god batterielektrode og tillade en højere kemisk reaktionshastighed at finde sted. "

Som en antireflekterende belægning, dette materiale kan have applikationer i sensorer og kameraer, hvor optagelse af uønsket lysrefleksion kan øge signal-støj-forholdet. Dette kan også være særligt nyttigt i teleskoper. Til applikationer med solceller, en belægning af syntetiske brochosomer kan øge lysoptagelsen ved flere bølgelængder og fra alle vinkler på grund af kuglernes 3D fodboldformede struktur, gør det unødvendigt at bygge enheder til at spore solen.

"Denne artikel er mere en grundlæggende undersøgelse, "Sagde Wong." I fremtiden vil vi kan prøve at udvide strukturen til længere bølgelængder. Hvis vi gjorde strukturen lidt større, Kan den absorbere længere elektromagnetiske bølger såsom mellem-infrarød og åbne op for yderligere anvendelser inden for sansning og energihøst? "

Det mangler at blive undersøgt.