Mentre guardi le farfalle Morpho oscillare in volo, scintillanti di un vivido colore blu, stai assistendo a una forma insolita di colore strutturale che i ricercatori stanno solo iniziando a utilizzare nelle tecnologie di illuminazione come i diffusori ottici. Inoltre, conferire una capacità autopulente a tali diffusori ridurrebbe al minimo lo sporco e le macchie e massimizzerebbe l'utilità pratica.
Ora, in uno studio recentemente pubblicato su Advanced Optical Materials , i ricercatori dell'Università di Osaka hanno sviluppato un diffusore di luce nanostrutturato idrorepellente che supera la funzionalità di altri diffusori comuni. Questo lavoro potrebbe aiutare a risolvere i dilemmi comuni sull'illuminazione nelle tecnologie moderne.
L'illuminazione standard col tempo può diventare stancante perché illumina in modo non uniforme. Pertanto, molte tecnologie di visualizzazione utilizzano diffusori ottici per rendere l'emissione luminosa più uniforme. Tuttavia, i diffusori ottici convenzionali riducono l'emissione luminosa, non funzionano bene con tutti i colori emessi o richiedono uno sforzo particolare per la pulizia.
Le farfalle morfo sono fonte di ispirazione per diffusori ottici migliorati. La loro architettura multistrato disposta in modo casuale consente il colore strutturale:in questo caso, la riflessione selettiva della luce blu su un angolo ≥±40° dalla direzione dell'illuminazione. L'obiettivo del presente lavoro è utilizzare questa ispirazione dalla natura per progettare un diffusore ottico semplificato che abbia sia un'elevata trasmittanza che un'ampia diffusione angolare, funzioni per una gamma di colori senza dispersione, si pulisca con un semplice risciacquo con acqua e possa essere modellato con strumenti standard di nanofabbricazione.
"Creiamo nanomodelli bidimensionali - in comune elastomero polidimetilsilossano trasparente - di altezza binaria ma larghezza casuale, e le due superfici hanno scale strutturali diverse", spiega Kazuma Yamashita, autore principale dello studio. "Pertanto, segnaliamo un diffusore ottico efficace per la luce a lunghezza d'onda corta e lunga."
I ricercatori hanno adattato i modelli delle superfici del diffusore per ottimizzare le prestazioni della luce blu e rossa e le loro proprietà autopulenti. La trasmissione della luce misurata sperimentalmente era>93% sull'intero spettro della luce visibile, e la diffusione della luce era sostanziale e poteva essere controllata in forma anisotropa:78° nella direzione x e 16° nella direzione y (simili ai valori calcolati mediante simulazioni). Inoltre, le superfici respingono fortemente l'acqua nell'angolo di contatto e negli esperimenti di autopulizia.
"L'applicazione di strati di vetro protettivo su entrambi i lati del diffusore ottico mantiene in gran parte le proprietà ottiche, ma protegge dai graffi", afferma Akira Saito, autore senior. "Il vetro riduce al minimo la necessità di una manipolazione attenta e indica l'utilità della nostra tecnologia per le finestre che sfruttano la luce del giorno."
Questo lavoro sottolinea che lo studio del mondo naturale può fornire spunti per migliorare i dispositivi quotidiani; in questo caso, tecnologie di illuminazione per display visivi. Il fatto che il diffusore sia costituito da un materiale economico che essenzialmente si pulisce da solo e può essere facilmente modellato con strumenti comuni potrebbe ispirare altri ricercatori ad applicare i risultati di questo lavoro all'elettronica e a molti altri campi.
Ulteriori informazioni: Kazuma Yamashita et al, Sviluppo di un diffusore ottico antivegetativo ad alte prestazioni ispirato alla nanostruttura di Morpho Butterfly, Materiali ottici avanzati (2023). DOI:10.1002/adom.202301086
Informazioni sul giornale: Materiali ottici avanzati
Fornito dall'Università di Osaka
