Morpho butterfly nanostruktur inspirerer teknologi til lys, afbalanceret belysning

Mens du ser Morpho-sommerfugle slingre under flugten, glitrende i en levende blå farve, er du vidne til en usædvanlig form for strukturel farve, som forskere kun er begyndt at bruge i belysningsteknologier såsom optiske diffusorer. Ydermere ville en selvrensende evne til sådanne diffusorer minimere tilsmudsning og pletter og maksimere praktisk anvendelighed.

Nu, i en undersøgelse for nylig offentliggjort i Advanced Optical Materials , har forskere ved Osaka University udviklet en vandafvisende nanostruktureret lysdiffusor, der overgår funktionaliteten af ​​andre gængse diffusorer. Dette arbejde kan måske hjælpe med at løse almindelige lysdilemmaer i moderne teknologier.

Standardbelysning kan efterhånden blive trættende, fordi den er ujævnt lysende. Mange skærmteknologier bruger således optiske diffusorer til at gøre lysoutputtet mere ensartet. Konventionelle optiske diffusorer reducerer imidlertid lysudbyttet, fungerer ikke godt for alle udsendte farver eller kræver en særlig indsats for at rense.

Morpho sommerfugle er en inspiration til forbedrede optiske diffusorer. Deres tilfældigt arrangerede flerlagsarkitektur muliggør strukturelle farver:i dette tilfælde selektiv refleksion af blåt lys over en ≥±40° vinkel fra belysningsretningen. Målet med nærværende værk er at bruge denne inspiration fra naturen til at designe en forenklet optisk diffuser, der både har høj transmittans og bred vinkelspredning, fungerer til en række farver uden dispersion, renser ved en simpel vandskylning og kan formes med standardværktøjer til nanofabrikation.

"Vi skaber todimensionelle nanomønstre - i almindelighed gennemsigtig polydimethylsiloxanelastomer - af binær højde og alligevel tilfældig bredde, og de to overflader har forskellige strukturelle skalaer," forklarer Kazuma Yamashita, hovedforfatter af undersøgelsen. "Således rapporterer vi om en effektiv optisk diffuser til lys med kort og lang bølgelængde."

Forskerne skræddersyede diffusoroverfladernes mønstre for at optimere ydeevnen for blåt og rødt lys og deres selvrensende egenskaber. Den eksperimentelt målte lystransmittans var>93 % over hele det synlige lysspektrum, og lysdiffusionen var betydelig og kunne styres til anisotropisk form:78° i x-retningen og 16° i y-retningen (svarende til de beregnede værdier). ved simuleringer). Ydermere afviste overfladerne både kraftigt vand i kontaktvinkel og selvrensende eksperimenter.

"Anvendelse af beskyttende dækglaslag på hver side af den optiske diffuser bibeholder stort set de optiske egenskaber, men beskytter dog mod ridser," siger Akira Saito, seniorforfatter. "Glasset minimerer behovet for omhyggelig håndtering og indikerer vores teknologis anvendelighed til vinduer, der høster dagslys."

Dette arbejde understreger, at undersøgelse af den naturlige verden kan give indsigt i forbedrede hverdagsudstyr; i dette tilfælde belysningsteknologier til visuelle skærme. Det faktum, at diffusoren består af et billigt materiale, der i det væsentlige renser sig selv og let kan formes med almindelige værktøjer, kan måske inspirere andre forskere til at anvende resultaterne af dette arbejde på elektronik og mange andre områder.

Flere oplysninger: Kazuma Yamashita et al., Udvikling af en højtydende, anti-fouling optisk diffuser inspireret af Morpho Butterflys nanostruktur, Avancerede optiske materialer (2023). DOI:10.1002/adom.202301086

Journaloplysninger: Avancerede optiske materialer

Leveret af Osaka University