De nanostructuur van de Morpho-vlinder inspireert technologie voor heldere, evenwichtige verlichting

Terwijl je Morpho-vlinders ziet wiebelen tijdens de vlucht, glinsterend in een levendige blauwe kleur, ben je getuige van een ongewone vorm van structurele kleur die onderzoekers nog maar net beginnen te gebruiken in verlichtingstechnologieën zoals optische diffusors. Bovendien zou het verlenen van een zelfreinigend vermogen aan dergelijke diffusers vervuiling en vlekken minimaliseren en de praktische bruikbaarheid maximaliseren.

Nu blijkt uit een onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Geavanceerde optische materialenhebben onderzoekers van de Universiteit van Osaka een waterafstotende lichtdiffusor met nanostructuur ontwikkeld die de functionaliteit van andere gangbare diffusers overtreft. Dit werk zou kunnen helpen bij het oplossen van veelvoorkomende verlichtingsdilemma’s in moderne technologieën.

Standaardverlichting kan op den duur vermoeiend worden omdat deze ongelijkmatig verlicht. Veel displaytechnologieën maken dus gebruik van optische diffusers om de lichtopbrengst uniformer te maken. Conventionele optische diffusors verminderen echter de lichtopbrengst, werken niet goed voor alle uitgezonden kleuren of vereisen speciale inspanningen om schoon te maken.

Morpho-vlinders zijn een inspiratiebron voor verbeterde optische diffusers. Hun willekeurig gerangschikte meerlaagse architectuur maakt structurele kleur mogelijk: in dit geval selectieve reflectie van blauw licht over een hoek van ≥±40° vanuit de verlichtingsrichting. Het doel van het huidige werk is om deze inspiratie uit de natuur te gebruiken om een ​​vereenvoudigde optische diffuser te ontwerpen die zowel een hoge doorlaatbaarheid als een grote hoekspreiding heeft, werkt voor een reeks kleuren zonder dispersie, reinigt door eenvoudig water te spoelen, en kan worden gevormd met standaard nanofabricagetools.

“We creëren tweedimensionale nanopatronen – in een gemeenschappelijk transparant polydimethylsiloxaan-elastomeer – met een binaire hoogte en toch een willekeurige breedte, en de twee oppervlakken hebben verschillende structurele schalen”, legt Kazuma Yamashita, hoofdauteur van het onderzoek, uit. “We rapporteren dus een effectieve optische diffuser voor licht met een korte en lange golflengte.”

De onderzoekers hebben de patronen van de diffusoroppervlakken aangepast om de prestaties voor blauw en rood licht en hun zelfreinigende eigenschappen te optimaliseren. De experimenteel gemeten lichttransmissie was >93% over het gehele spectrum van zichtbaar licht, en de lichtdiffusie was aanzienlijk en kon in een anisotrope vorm worden geregeld: 78° in de x-richting en 16° in de y-richting (vergelijkbaar met de berekende waarden door simulaties). Bovendien stootten de oppervlakken water sterk af in contacthoek- en zelfreinigende experimenten.

“Het aanbrengen van beschermende glaslagen aan weerszijden van de optische diffuser behoudt grotendeels de optische eigenschappen, maar beschermt toch tegen krassen”, zegt Akira Saito, senior auteur. “Het glas minimaliseert de noodzaak van zorgvuldige omgang en geeft het nut van onze technologie aan voor ramen die daglicht opvangen.”

Dit werk benadrukt dat het bestuderen van de natuurlijke wereld inzichten kan opleveren voor verbeterde alledaagse apparaten; in dit geval verlichtingstechnologieën voor visuele displays. Het feit dat de diffuser bestaat uit een goedkoop materiaal dat zichzelf in wezen reinigt en gemakkelijk kan worden gevormd met gewone gereedschappen, zou andere onderzoekers kunnen inspireren om de resultaten van dit werk toe te passen op elektronica en vele andere gebieden.