Sommerfugleinspireret nanotech laver naturligt flotte billeder på digitale skærme

Med inspiration fra naturens nanoteknologi, der skaber den fantastiske farve af sommerfuglevinger, en forsker ved University of Central Florida skaber teknologi til at lave ekstremt lav effekt, ultra-high-definition displays og skærme, der er lettere for øjnene.

Den nye teknologi skaber digitale skærme, der er oplyst af omgivende lys og ser mere naturligt ud end de nuværende skærmteknologier, der er afhængige af energikrævende stærkt lys, der er skjult bag skærme. Resultaterne blev offentliggjort onsdag i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Denne skærm har et mere naturligt udseende end din nuværende computer- eller smartphoneskærm, " sagde Debashis Chanda, en lektor i UCF's NanoScience Technology Center og hovedefterforsker af forskningen. "Det er som at se et portræt på væggen i dit hus. Det har ikke det blænding eller ekstra lys. Det er mere som at se på den naturlige verden."

I stedet for at bruge skarpe LED-lys bag en skærm til at oplyse en skærm, Chandas display er oplyst af reflekterende lys fra omgivelserne. Forskeren sammenlignede den nye seeroplevelse med at skifte fra at spise forarbejdede fødevarer til at spise naturlige.

"Det vil være et skridt op for folk at vænne sig til det, " sagde han. "Men dette er en måde at skabe skærme, der er harmoniske med, hvordan naturen viser farver og som et resultat ser mere naturligt ud og ikke pumper en enorm mængde lys ud i dine øjne."

Dette er vigtigt, fordi stirring på stærkt oplyste computer- og smartphone-skærme i længere perioder kan forårsage anstrengte øjne, hovedpine og andre helbredsproblemer.

Denne nye visningsmekanisme bruger en teknik, der bruges af mange dyr, såsom sommerfugle, blæksprutter, papegøjer, araer og biller, at vise farve ved at sprede og reflektere lys, der rammer strukturer i nanoskala på deres kroppe.

Denne type lysproduktion er anderledes end pigmentfarver eller farvestoffer, som dem der bruges i tøj eller maling, som selektivt absorberer nogle lysfarver og reflekterer andre.

"Hvis vi ser sommerfugle, blæksprutter eller mange smukke fugle, deres farve stammer faktisk fra strukturer i nanoskala på deres fjer, hud eller skæl, " sagde Chanda. "Proteinmolekylet, grundelementet, de har ikke deres egen farve, men når du sætter dem sammen i en orden, kontrolleret mode, det skaber alle slags farver. Det, sommerfuglen gør, er simpelthen at sprede lys tilbage på en måde, så den skaber al denne smukke farve uden at absorbere noget."

Teknologien, kendt som plasmoniske farveskærme, kan vise forskellige farver baseret på størrelsen, form og mønstre af reflekterende metalliske nanostrukturer inde i skærmene. Teknologien, imidlertid, har været begrænset af problemer med at vise den korrekte farve i forskellige vinkler, fremstiller det over store områder og viser sort.

Med udgangspunkt i hans tidligere forskning, Chandas gruppe har overvundet disse udfordringer ved at finde en måde at lave nanostrukturerne til præcise designs for fuldt ud at kontrollere vinkeluafhængig spredning af lys, resulterer i farver, der ikke afhænger af synsvinklen.

"Vi opdagede en teknik, hvor nanopartikler selv kunne samle et kvasi-tilfældigt mønster på et foruddesignet substrat, og så kunne vi optimere det i en meget kontrolleret proces for at skabe en bestemt farve, som gul, blå, guld, magenta, hvid og mere, blot ved at ændre nanopartikelstørrelsen, i modsætning til pigmentbaserede farver, hvor forskellige absorberende molekyler er nødvendige for forskellige farver, "Sagde Chanda.

Selvsamlingsprocessen, der blev brugt i undersøgelsen, svarer til, hvordan den menneskelige krop styrer væksten. I kroppen, enzymer og hormoner, der frigives på bestemte tidspunkter, regulerer væksten. I Chandas undersøgelsesdeponeringshastighed, tryk- og temperaturkontrol design og vækst af nanostrukturer, som giver kontrol over farven på det viste lys.

"Med den mekanisme, vi udviklede, vi kan bruge fysiske parametre til at kortlægge tilbage til et bestemt mønster og efterfølgende en farve, " sagde Chanda.

"Imidlertid, sort farve havde brug for en anden tilgang. Det spredte lys fra den nanostrukturerede overflade blokeres ved hjælp af et flydende krystallag på en kontrolleret måde, hvilket resulterer i den første demonstration af sort/grå farver i strukturelle farvedisplays, " sagde Chanda.

Mens feltet stadig dukker op, Forskeren sagde, at det kunne vare et stykke tid, før displays og forbrugerprodukter, der bruger plasmoniske nanostrukturer, er tilgængelige for offentligheden, men resultaterne af undersøgelsen er et væsentligt skridt i den retning.