È stata sviluppata la prima tecnologia di stampa 3D al mondo che può essere utilizzata in display trasparenti e dispositivi AR, che implementa il fenomeno fisico del cambiamento del colore della pelle del camaleonte o del bellissimo colore delle piume del pavone.
Il team del Dr. Jaeyeon Pyo al KERI è riuscito a realizzare un reticolo di diffrazione tridimensionale in grado di controllare con precisione il percorso della luce basato sulla “tecnologia di stampa 3D su scala nanometrica”. Si tratta di una nuova tecnologia che può utilizzare il principio del colore strutturale osservato in natura per una tecnologia di visualizzazione avanzata. La ricerca è stata pubblicata come articolo di copertina su ACS Nano .
Quando la luce incontra una microstruttura a livello di lunghezza d'onda (da 1/100 a 1/1000 dello spessore di un capello umano), si diffrange e cambia il suo percorso. Nei casi in cui la microstruttura possiede regolarità, specifiche lunghezze d'onda della luce subiscono una forte riflessione a causa della diffrazione, risultando in colori distinti noti come "colore strutturale".
Ad esempio, in natura, il colore della pelle dei camaleonti non deriva da una miscela di più pigmenti; emerge piuttosto da cambiamenti nella microstruttura, che portano alla produzione di colori strutturali. Allo stesso modo, i bellissimi colori visti nelle piume di pavone sono il risultato della disposizione specifica della loro microstruttura interna.
Il risultato di KERI è la realizzazione del “reticolo di diffrazione”, in grado di controllare con precisione il colore strutturale, con la tecnologia di stampa 3D su scala nanometrica. Un reticolo di diffrazione è un dispositivo con una microstruttura disposta regolarmente allo scopo di controllare la diffrazione della luce. Quando la luce viene puntata su di esso, la luce viene riflessa in percorsi diversi a seconda della lunghezza d'onda, creando uno specifico colore o spettro strutturale. In altre parole, si tratta di una tecnologia di stampa 3D che consente un controllo preciso della luce per colorazioni vivide senza coloranti.
Per controllare la diffrazione della luce, la cui lunghezza d'onda è solo 1/1000 dello spessore di un capello umano, è necessario un reticolo di diffrazione molto fine. KERI, che dispone della migliore tecnologia di stampa 3D su scala nanometrica al mondo, è riuscita a stampare reticoli di diffrazione di nanofili ad alta densità con un nuovo approccio chiamato “stampa laterale”. Questo viene fatto spostando l'ugello di stampa 3D come se stesse cucendo per stampare la forma del ponte(﹇).
Si prevede che il reticolo di diffrazione dimostrato verrà utilizzato in una varietà di applicazioni di visualizzazione avanzate. Considerando la trasparenza del reticolo di diffrazione stesso, potrà essere utilizzato in una varietà di futuri display trasparenti come finestre intelligenti, specchi e display head-up nelle automobili.
Esistono anche molte applicazioni per questa tecnologia nei dispositivi AR che già utilizzano i reticoli di diffrazione come componente chiave. Inoltre, i reticoli di diffrazione possono essere progettati per emettere colori diversi a seconda della loro deformazione, rendendo la tecnologia utilizzabile nell'ingegneria meccanica e nelle applicazioni biomediche dove è richiesto il rilevamento della deformazione, e il reticolo di diffrazione stesso può essere utilizzato in una varietà di ricerche di fisica ottica.
Il dottor Jaeyeon Pyo di KERI ha affermato che questa è "la prima tecnologia di stampa 3D al mondo che implementa accuratamente il colore strutturale desiderato nella posizione desiderata senza restrizioni sul materiale o sulla forma del substrato". Ha aggiunto che questa tecnologia sarà in grado di superare i limiti stereotipati del "fattore di forma" dei dispositivi di visualizzazione e di portare alla diversificazione delle forme.
KERI, che ha completato la richiesta di brevetto della tecnologia originale, prevede che questo risultato riceva molta attenzione da parte delle aziende produttrici di display e prevede di promuovere il trasferimento tecnologico identificando le aziende che necessitano di questa tecnologia.
Ulteriori informazioni: Jongcheon Bae et al, Stampa tridimensionale del colore strutturale utilizzando un menisco femtolitro, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c02236
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito dal Consiglio nazionale delle ricerche scientifiche e tecnologiche
