Un team di ricerca della Toyohashi University of Technology è riuscito a sviluppare un foglio a colori variabili con uno spessore di 400 nanometri che cambia colore quando viene allungato e ridotto. I fogli a colori estensibili sviluppati dovrebbero essere applicati a elementi di visualizzazione di tipo adesivo, in quanto possono aderire alla pelle o essere trasferiti a vari dispositivi elettronici a temperatura ambiente sfruttando l'elevata adesività degli elastomeri.

Un gruppo di ricerca congiunto di Hayato Kumagai nella seconda metà di un corso di dottorato e Kazuhiro Takahashi, Professore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica dell'Informazione della Toyohashi University of Technology, e Toshinori Fujie, Professore Associato (Docente) della School of Life Science and Technology presso il Tokyo Institute of Technology, sono riusciti a sviluppare un foglio a colori variabili con uno spessore del film di 400 nanometri (meno di un centesimo dello spessore di un capello umano) che cambia colore quando viene allungato e ridotto. Questo foglio di colore variabile utilizza la generazione del colore da nanostrutture metalliche formate nel foglio di elastomero per ottenere il controllo reversibile della lunghezza d'onda della luce trasmessa su un intervallo di lunghezze d'onda da 495 a 660 nanometri attraverso espansione e contrazione. I fogli a colori estensibili sviluppati dovrebbero essere applicati a elementi di visualizzazione di tipo adesivo, in quanto possono aderire alla pelle o essere trasferiti a vari dispositivi elettronici a temperatura ambiente sfruttando l'elevata adesività degli elastomeri.

Le superfici con serie periodiche di nanostrutture metalliche possono produrre un effetto chiamato plasmone di superficie, che è l'oscillazione collettiva degli elettroni che rispondono a particolari lunghezze d'onda delle luci. Usando questo effetto, filtri colorati che consentono alla luce di trasmettere attraverso uno stretto nano-gap, senza la quale la luce non potrebbe passare, può essere fabbricato. Questo è noto come il fenomeno della trasmissione ottica straordinaria. A differenza dei filtri colorati convenzionali che utilizzano pigmenti, i filtri colorati che utilizzano questo principio non si degradano nel tempo e possono essere utilizzati come filtri colorati per i sensori di immagine integrati in smartphone e altri dispositivi. Recentemente, regolazione dinamica del colore, che forma strutture metalliche nano periodiche su materiali elastici e sposta il periodo delle strutture espandendo e contraendo il foglio per cambiare i colori, è stato studiato come metodo per controllare la lunghezza d'onda della luce che genera plasmoni di superficie. Questa tecnologia dovrebbe essere applicabile a display flessibili che sono altamente flessibili nella forma e nella forma, così come sensori che visualizzano la deformazione strutturale, e simili.

Però, nei rapporti di ricerca esistenti, lo spessore del foglio di supporto delle nanostrutture era dell'ordine dei millimetri, rendendo difficile combinarlo con il meccanismo di azionamento utilizzando la tecnologia delle micromacchine. Inoltre, la forza motrice richiesta per l'espansione e la contrazione del foglio di supporto dipende dallo spessore del foglio. Perciò, fogli più spessi pongono la sfida di aumentare la tensione di azionamento del dispositivo micromachine.

Per risolvere la sfida, il team di ricerca ha sviluppato fogli colorati estensibili utilizzando nanofogli di elastomero realizzati in film sottile con uno spessore di un micrometro o meno, costituito da un copolimero a blocchi di polistirene-polibutadiene-polistirene (SBS), un tipo di materiale in gomma utilizzato nei pneumatici per automobili e in altri prodotti. Incorporando nanostrutture metalliche in materiali elastomerici realizzati in film nanosottili, è stata confermata la straordinaria trasmissione ottica utilizzando plasmoni di superficie. Applicando la tensione ai nanosheet, abbiamo confermato che la luce trasmessa attraverso i fogli è cambiata in blu, verde, e rosso, ed è riuscito a controllare dinamicamente la straordinaria trasmissione ottica con plasmoni di superficie.

Per di più, abbiamo dimostrato che la lunghezza d'onda del picco di trasmissione può cambiare continuamente nell'intervallo da 495 a 660 nanometri, e sono possibili espansioni e contrazioni ripetute. La forza trainante per espandere e contrarre il foglio di colore che abbiamo sviluppato è inferiore di 2 o 3 ordini di grandezza rispetto ai valori convenzionali e può essere guidata sufficientemente dalla forza generata dai normali microattuatori. Inoltre, l'adesività dell'elastomero permette di fissare la lastra su qualsiasi superficie, consentendo il rilevamento e la visualizzazione di deformazioni strutturali. Combinandolo con la tecnologia delle micro-macchine, possiamo aspettarci di realizzare un filtro di colore variabile.

Il team di ricerca ritiene che il metodo potrebbe essere applicato per visualizzare elementi che cambiano colore elettronicamente guidando i fogli colorati estensibili con un microattuatore. Con la flessibilità e l'adesività del foglio, dovrebbe essere utilizzato per la pelle elettronica dove viene incollato sulla pelle umana e visualizza le immagini.