Spiders web væver vej til avancerede netværk og skærme

Den næste generation af lysmanipulerende netværk kan tage deres føring fra design inspireret af edderkopper og blade, ifølge en ny rapport fra to Boston College fysikere og kolleger ved South China Normal University.

Strukturer så almindelige som edderkoppespind og bladvenation viser, at de kan føre til næsten optimal ydeevne, når de kopieres for at skabe fleksible og holdbare netværk, der kan bruges i optoelektroniske applikationer såsom fotovoltaiske enheder og skærme, forskerholdet rapporterede i en nylig udgave af tidsskriftet Naturkommunikation .

"Vores idé er ret enkel og vidtrækkende, " sagde forskningslektor i fysik Andrzej Herczynski, medforfatter til rapporten. "Det starter med den forudsætning, at naturlige former tilbyder færdige løsninger til effektive designs, testet gennem millioner af år gennem naturlig selektion."

Et netværksdesign inspireret af et blads åre-snøret struktur fungerede som en effektiv elektrode til solceller, lyskilder og gennemsigtige varmelegemer, blandt andre applikationer, holdet rapporterede.

"Denne naturlige struktur er blevet optimeret gennem den evolutionære proces for effektiv tilførsel af næringsstoffer med maksimal styrke og let høst, " sagde medforfatter Boston College professor i fysik Krzysztof Kempa. "I vores ansøgning, disse egenskaber omsættes til højeffektiv strømtransport, ønskelige mekaniske egenskaber, og minimal lys skygge."

Et andet netværk, trækker på de samme designs, der gør edderkoppespind til effektive fælder for insekter og insekter, fungerer som en effektiv måde at trække lys gennem en optoelektronisk enhed. Netværket kan finde potentiel anvendelse i næste generation af berøringsskærme og displaypaneler på grund af dets ekstreme fleksibilitet, betydelig mekanisk styrke, "stealth" gennemsigtighed og høj grad af ensartethed, sagde forskerne.

En af de primære fordele ved disse to foreslåede metoder er de lave omkostninger og enkelheden ved fremstillingsprocessen.

Forskerne sagde, at de var overraskede over netværkenes overlegne ydeevne i eksperimentelle scenarier. Begge leverede en firedobling af elektro-optiske egenskaber, eller benchmark-værdien. Desuden, edderkoppewebdesignnetværket kan strækkes med op til 25 procent uden tab af ydeevne og ser kun et minimalt fald, når det strækkes op til 100 procent af dets oprindelige størrelse, holdet rapporterede.

"Intet andet elektrodenetværk kan strækkes mere end 10 procent, " sagde Kempa. Andre medlemmer af forskerholdet omfattede University of Houston prof. Zhifeng Ren og South China Normal University prof. Jinwej Gao og hans forskerhold.

Forskerne siger, at de specifikke netværksmønstre, de har foreslået, kan forbedre effektiviteten af ​​solceller og ydeevnen af ​​en ny generation af fleksible, holdbare touchskærme og skærme.

"Øget effektivitet af solceller, i særdeleshed, er en kritisk komponent i jagten på vedvarende energikilder, en stor bæredygtighed og økologisk udfordring, " sagde Herczynski. "Fleksible skærme og skærme vil sandsynligvis blive stadig vigtigere til sådanne mulige anvendelser som bærbare skærme og elastiske smartphones."