Strækbart farveark, der ændrer farve med ekspansion og sammentrækning

Det er lykkedes et Toyohashi University of Technology -forskerteam at udvikle et ark med variabel farve med en filmtykkelse på 400 nanometer, der ændrer farve, når den strækkes og krymper. De udviklede, strækbare farveark forventes at blive påført klæbende displayelementer, da de kan klæbe til huden eller overføres til forskellige elektroniske apparater ved stuetemperatur ved hjælp af elastomeres høje vedhæftningsevne.

Et fælles forskerhold af Hayato Kumagai i sidste halvdel af et doktorgradskursus og Kazuhiro Takahashi, Lektor i afdelingen for elektrisk og elektronisk informationsteknik ved Toyohashi University of Technology, og Toshinori Fujie, Lektor (underviser) ved School of Life Science and Technology ved Tokyo Institute of Technology, er det lykkedes at udvikle et ark med variabel farve med en filmtykkelse på 400 nanometer (mindre end en hundredel af tykkelsen af ​​et menneskehår), der ændrer farve, når den strækkes og krymper. Denne variabel farveplade udnytter farvegenerering af metal -nanostrukturer dannet i elastomerpladen for at opnå reversibel bølgelængdekontrol af transmitteret lys over et bølgelængdeområde på 495 til 660 nanometer gennem ekspansion og kontraktion. De udviklede, strækbare farveark forventes at blive påført klæbende displayelementer, da de kan klæbe til huden eller overføres til forskellige elektroniske apparater ved stuetemperatur ved hjælp af elastomeres høje vedhæftningsevne.

Overflader med periodiske opstillinger af metal -nanostrukturer kan producere en effekt kaldet overfladeplasmon, som er den kollektive svingning af elektroner, der reagerer på bestemte bølgelængder af lys. Ved hjælp af denne effekt, farvefiltre, der tillader lys at transmittere gennem et smalt nano-hul, uden hvilket lys ikke kunne passere, kan fremstilles. Dette er kendt som fænomenet ekstraordinær optisk transmission. I modsætning til konventionelle farvefiltre, der bruger pigmenter, farvefiltre, der anvender dette princip, nedbrydes ikke over tid og kan bruges som farvefiltre til billedsensorer, der er indbygget i smartphones og andre enheder. For nylig, dynamisk farvetuning, som danner metal nano periodiske strukturer på elastiske materialer og fortrænger strukturernes periode ved at udvide og trække arket sammen for at ændre farver, er blevet undersøgt som en metode til at kontrollere bølgelængden af ​​lys, der genererer overfladeplasmoner. Denne teknologi forventes at være anvendelig på fleksible skærme, der er meget fleksible i form og form, samt sensorer, der visualiserer strukturel belastning, og lignende.

Imidlertid, i eksisterende forskningsrapporter, tykkelsen af ​​det ark, der understøtter nanostrukturer, var i størrelsesordenen millimeter, gør det svært at kombinere det med drivmekanismen ved hjælp af mikromaskinteknologi. Ud over, den drivkraft, der kræves til udvidelse og sammentrækning af understøtningsarket, afhænger af pladens tykkelse. Derfor, tykkere plader udgør udfordringen med at øge drevspændingen for mikromaskinens enhed.

For at løse udfordringen, forskergruppen udviklede strækbare farveplader ved hjælp af elastomer nanosheets lavet til tynd film med en tykkelse på en mikrometer eller mindre, fremstillet af en polystyren-polybutadien-polystyren-blokcopolymer (SBS), en type gummimateriale, der bruges i bildæk og andre produkter. Ved at indlejre metalliske nanostrukturer i elastomere materialer lavet til nanotynd film, ekstraordinær optisk transmission ved hjælp af overfladeplasmoner blev bekræftet. Ved at påføre nanosheets belastning, vi bekræftede, at lyset, der blev transmitteret gennem arkene, ændrede sig til blåt, grøn, og rød, og det lykkedes dynamisk at kontrollere den ekstraordinære optiske transmission med overfladeplasmon.

Desuden, vi har demonstreret bølgelængden af ​​transmissionstoppen kontinuerligt kan ændre sig i intervallet 495 til 660 nanometer, og gentagen ekspansion og sammentrækning er mulig. Drivkraften til at udvide og trække det farveark, som vi udviklede, er mindre med 2 til 3 størrelsesordener end konventionelle værdier og kan drives tilstrækkeligt af den kraft, der genereres af almindelige mikroaktuatorer. Ud over, elastomerens vedhæftningsevne gør det muligt at fastgøre arket på enhver overflade, muliggør påvisning og visualisering af strukturelle belastninger. Ved at kombinere det med mikro-maskinteknologi, vi kan forvente at realisere et variabelt farvefilter.

Forskergruppen mener, at metoden kan anvendes til at vise elementer, der elektronisk ændrer farve ved at køre de strækbare farveark med en mikroaktuator. Med arkets fleksibilitet og vedhæftningsevne, det forventes at blive brugt til elektronisk hud, hvor det er indsat på menneskelig hud og viser billeder.