Gli scienziati hanno trovato un modo per produrre pellicole trasparenti di ampia area le cui nanostrutture sono ispirate alla struttura dell'occhio di falena. Credito:Ian Lindsay su Pixabay
Ci sono molti problemi umani che scienziati e ingegneri hanno risolto attingendo idee direttamente dai biomeccanismi trovati in altre forme di vita, dal velcro ai famosi treni proiettili giapponesi, lo Shinkansen. Così, non dovrebbe sorprendere sapere che molti notevoli progressi nel rivestimento antiriflesso sono stati ispirati dalle peculiari biostrutture trovate negli occhi di falena.
Come animali principalmente notturni che desiderano rimanere nascosti dai predatori, le falene si sono evolute per sviluppare occhi non riflettenti. I loro occhi hanno una struttura nanometrica periodica che rende graduata la superficie dell'occhio, al contrario di lucidato. Ciò fa sì che la maggior parte della luce incidente si pieghi in superficie e quindi, essere trasmessa attraverso l'occhio invece di esserne riflessa. Questa struttura a schiera su scala nanometrica è così efficace che i ricercatori hanno cercato di imitarla utilizzando altri materiali per creare rivestimenti antiriflesso con vari gradi di successo.
Però, nonostante i recenti progressi nella nanoscienza che consentono l'adozione di questa idea per varie applicazioni pratiche, ci sono ancora barriere da superare in termini di scalabilità e costi di produzione. Per affrontare questi problemi, scienziati della Tokyo University of Science e Geomatec Co., srl, Giappone, hanno lavorato a una nuova strategia per produrre nanostrutture a forma di occhio di falena e pellicole trasparenti. Nel loro ultimo studio, pubblicato in Micro e nano ingegneria , presentano un metodo promettente per fabbricare stampi e pellicole a forma di falena su larga scala.
Scansione di immagini al microscopio elettronico di un film sottile antiriflesso prodotto utilizzando lo stampo nanostrutturato di ispirazione biologica. Credito:Jun Taniguchi, Università delle Scienze di Tokyo
Sebbene questo gruppo di ricerca fosse precedentemente riuscito a creare stampi per occhi di falena fatti di carbonio vetroso inciso con un raggio di ioni di ossigeno, questo approccio non era scalabile. "La produzione di substrati vetrosi in carbonio richiede l'uso della tecnologia della metallurgia delle polveri, difficile da utilizzare per produrre stampi di ampia superficie, " spiega il professor Jun Taniguchi della Tokyo University of Science, "Per superare questo limite, abbiamo provato a utilizzare solo un sottile strato di carbonio vetroso depositato sopra un grande substrato di vetro regolare."
Inoltre, per rendere fattibile questa nuova strategia, il team ha deciso questa volta di utilizzare un sistema di plasma accoppiato induttivamente (ICP) invece della sorgente di ioni di risonanza elettrone-ciclotrone precedentemente utilizzata. Sebbene entrambi i dispositivi possano incidere il carbonio vetroso utilizzando un fascio concentrato di ioni di ossigeno, La tecnologia ICP produce una gamma di irradiazione del fascio ionico più ampia, che è più adatto per lavorare su strutture di grandi dimensioni.
Dopo aver testato con diversi parametri ICP, i ricercatori hanno determinato che un processo di incisione ICP in due fasi era il migliore per ottenere uno stampo nanostrutturato di alta qualità. Quindi, hanno usato questo stampo per produrre una pellicola trasparente con una nanostruttura a forma di occhio di falena utilizzando una resina polimerizzabile ai raggi UV.
Proprietà ottiche del film falena rispetto a quelle di un campione senza il pattern nanostrutturato. Sia la trasmittanza che la riflettanza sono migliorate dalla struttura dell'occhio di falena, dimostrando le sue proprietà antiriflesso. Credito:Jun Taniguchi, Università delle Scienze di Tokyo
Le proprietà ottiche di questo film erano notevoli; la sua riflettanza verso la luce nel visibile era solo dello 0,4%, 10 volte inferiore a quello di un film simile senza la nanostruttura dell'occhio di falena. Cosa c'è di più, è stata inoltre aumentata la trasmittanza della luce attraverso il materiale, il che significa che non si è verificato alcun compromesso nelle proprietà ottiche a seguito dell'utilizzo della pellicola per ridurre la luce riflessa.
Signor Hiroyuki Sugawara, direttore tecnico di Geomatec, mette in evidenza le molte possibili applicazioni di tali pellicole antiriflesso se fosse possibile produrle su scala metrica:"Potremmo usare queste pellicole per migliorare la visibilità nei display a schermo piatto, segni digitali, e le lastre acriliche trasparenti utilizzate ovunque dall'inizio della pandemia di COVID-19. Inoltre, il rivestimento antiriflesso potrebbe anche essere un modo efficiente per migliorare le prestazioni dei pannelli solari".
Questo studio mostra come espandere gli usi di strutture di ispirazione biologica rendendo la loro fabbricazione più facilmente scalabile. Questi progressi potrebbero anche aiutare a preservare la natura in modo da poter continuare a ottenere idee utili da altre specie.
