3D-printteknologi opnår præcis lysstyring til strukturel farvning

Verdens første 3D-printteknologi, der kan bruges i transparente skærme og AR-enheder, er blevet udviklet, som implementerer det fysiske fænomen kamæleons skiftende hudfarve eller påfuglens smukke fjerfarve.

Dr. Jaeyeon Pyos team hos KERI er lykkedes med at realisere et tredimensionelt diffraktionsgitter, der præcist kan styre lysets vej baseret på "nanoskala 3D-printteknologi." Dette er en ny teknologi, der kan udnytte princippet om strukturelle farver, der observeres i naturen, til avanceret skærmteknologi. Forskningen blev publiceret som en forsideartikel i ACS Nano .

Når lys støder på en mikrostruktur på bølgelængdeniveauet (1/100 til 1/1000 af tykkelsen af ​​et menneskehår), diffrakterer det og ændrer sin vej. I tilfælde, hvor mikrostrukturen har reularitet, gennemgår specifikke bølgelængder af lys kraftig refleksion på grund af diffraktion, hvilket resulterer i distinkte farver kendt som "strukturel farve."

For eksempel kommer kamæleonernes hudfarve i naturen ikke fra en blanding af flere pigmenter; snarere udspringer det af ændringer i mikrostrukturen, som fører til produktion af strukturelle farver. På samme måde er de smukke farver, der ses i påfuglefjer, et resultat af det specifikke arrangement af deres indre mikrostruktur.

KERI's præstation er realiseringen af ​​"diffraktionsgitter", som præcist kan kontrollere strukturelle farver, med nanoskala 3D-printteknologi. Et diffraktionsgitter er en anordning med en regelmæssigt arrangeret mikrostruktur med det formål at kontrollere lysets diffraktion. Når lyset skinner på det, reflekteres lyset i forskellige baner afhængigt af bølgelængden, hvilket skaber en bestemt strukturel farve eller spektrum. Med andre ord er det en 3D-printteknologi, der muliggør præcis kontrol af lyset til levende farver uden farvestoffer.

Et meget fint diffraktionsgitter er nødvendigt for at styre diffraktionen af ​​lys, hvis bølgelængde kun er 1/1000 af tykkelsen af ​​et menneskehår. KERI, som har verdens bedste 3D-printteknologi i nanoskala, lykkedes med at udskrive nanotrådsdiffraktionsgitre med høj tæthed med en ny tilgang kaldet "lateral print". Dette gøres ved at flytte 3D-printdysen, som om den syede for at udskrive broformen(﹇).

Det påviste diffraktionsgitter forventes at blive brugt i en række avancerede displayapplikationer. Når man bemærker gennemsigtigheden af ​​selve diffraktionsgitteret, kan det bruges i en række fremtidige gennemsigtige skærme, såsom smarte vinduer, spejle og heads-up-skærme i biler.

Der er også mange applikationer til denne teknologi i AR-enheder, der allerede bruger diffraktionsgitre som en nøglekomponent. Ydermere kan diffraktionsgitre designes til at udsende forskellige farver afhængigt af deres deformation, hvilket gør teknologien anvendelig i maskinteknik og biomedicinske applikationer, hvor deformationsdetektering er påkrævet, og selve diffraktionsgitteret kan bruges i en række forskellige optisk fysikforskning.

Dr. Jaeyeon Pyo fra KERI sagde, at dette er "verdens første 3D-printteknologi, der nøjagtigt implementerer den ønskede strukturelle farve på det ønskede sted uden begrænsninger på materialet eller formen af ​​underlaget." Han tilføjede, at denne teknologi vil være i stand til at overvinde de formelle "Form-Factor"-begrænsninger for displayenheder og skabe diversificering af former.

KERI, som har afsluttet patentansøgningen for den originale teknologi, forventer, at denne præstation vil få stor opmærksomhed fra display-relaterede virksomheder og planlægger at fremme teknologioverførsel ved at identificere virksomheder, der har brug for denne teknologi.

Flere oplysninger: Jongcheon Bae et al., Tredimensionel udskrivning af strukturel farve ved hjælp af en femtoliter menisk, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c02236

Journaloplysninger: ACS Nano

Leveret af National Research Council of Science &Technology