Naturinspireret design:Efterligner møløjne for at producere gennemsigtige anti-reflekterende belægninger

Der er mange menneskelige problemer, som videnskabsmænd og ingeniører har løst ved at trække ideer direkte fra biomekanismer, der findes i andre livsformer, fra velcro til Japans berømte kugletog, Shinkansen. Dermed, det burde ikke komme som en overraskelse at vide, at mange bemærkelsesværdige fremskridt inden for anti-reflekterende belægning var inspireret af de ejendommelige biostrukturer, der findes i møløjne.

Som hovedsageligt nataktive dyr, der ønsker at holde sig skjult for rovdyr, møl har udviklet sig til at udvikle øjne, der er ikke-reflekterende. Deres øjne har en periodisk nanometrisk struktur, der gør øjenoverfladen graderet, i modsætning til poleret. Dette får det meste indfaldende lys til at bøje i overfladen og derfor, overføres gennem øjet i stedet for at blive reflekteret af det. Denne struktur i nanoskala er så effektiv, at forskere har forsøgt at efterligne den ved hjælp af andre materialer til at skabe antireflekterende belægninger med varierende grader af succes.

Imidlertid, på trods af de seneste fremskridt inden for nanovidenskab, der tillader vedtagelsen af ​​denne idé til forskellige praktiske anvendelser, der er stadig barrierer at overvinde med hensyn til skalerbarhed og produktionsomkostninger. For at løse disse problemer, videnskabsmænd fra Tokyo University of Science og Geomatec Co., Ltd., Japan, har arbejdet på en ny strategi til at producere nanostrukturer med møløje og transparente film. I deres seneste undersøgelse, udgivet i Mikro- og nanoteknik , de præsenterer en lovende metode til at fremstille møløje forme og film i stor skala.

Selvom dette forskerhold tidligere havde haft held med at skabe møløjeforme lavet af glasagtigt kulstof ætset med en oxygenionstråle, denne tilgang var ikke skalerbar. "Fremstilling af glasagtige kulstofsubstrater kræver brug af pulvermetallurgiteknologi, som er svær at bruge til at fremstille forme med et stort areal, " forklarer professor Jun Taniguchi fra Tokyo University of Science, "For at overvinde denne begrænsning, vi prøvede kun at bruge et tyndt lag glasagtigt kulstof, der var aflejret oven på et stort almindeligt glassubstrat."

I øvrigt, at gøre denne nye strategi mulig, holdet valgte denne gang at bruge et induktivt koblet plasma (ICP) system i modsætning til den tidligere brugte elektron-cyclotron resonans ionkilde. Mens begge enheder kan ætse glasagtig kulstof ved hjælp af en koncentreret stråle af oxygenioner, ICP-teknologi producerer et bredere ionstrålebestrålingsområde, som er mere velegnet til at arbejde på store arealstrukturer.

Efter test med forskellige ICP-parametre, forskerne fastslog, at en to-trins ICP-ætsningsproces var bedst til at opnå en nanostruktureret form af høj kvalitet. Derefter, de brugte denne form til at fremstille en gennemsigtig film med en møløje-nanostruktur ved hjælp af en UV-hærdelig harpiks.

De optiske egenskaber af denne film var bemærkelsesværdige; dens reflektans over for lys i det synlige område var kun 0,4 %, 10 gange lavere end for en lignende film uden møl-øje nanostruktur. Hvad mere er, transmittansen af ​​lys gennem materialet blev også øget, hvilket betyder, at der ikke skete nogen afvejning i optiske egenskaber som et resultat af at bruge filmen til at reducere reflekteret lys.

Hiroyuki Sugawara, teknisk chef hos Geomatec, fremhæver de mange mulige anvendelser af sådanne anti-reflekterende film, hvis det var muligt at producere dem på meterskalaen:"Vi kunne bruge disse film til at forbedre synlighed i fladskærme, digitale skilte, og de gennemsigtige akrylplader, der er brugt overalt siden starten af ​​COVID-19-pandemien. I øvrigt, anti-reflekterende belægning kunne også være en effektiv måde at forbedre ydeevnen af ​​solpaneler på."

Denne undersøgelse viser, hvordan man kan udvide brugen af ​​biologisk inspirerede strukturer ved at gøre deres fremstilling lettere skalerbar. Disse fremskridt kan også være med til at bevare naturen, så vi kan blive ved med at få nyttige ideer fra andre arter.