Написано AZoNano 2020

Вдохновившись природными нанотехнологиями, которые создают потрясающий цвет крыльев бабочки, исследователь из Университета Центральной Флориды разрабатывает технологию, позволяющую создавать экраны и экраны сверхвысокой четкости с чрезвычайно низким энергопотреблением и более легкие для глаз. .

Новая технология создает цифровые дисплеи, которые освещаются окружающим светом и выглядят более естественно, чем современные технологии отображения, которые полагаются на энергоемкие яркие огни, скрытые за экранами. Результаты были опубликованы в среду в журнале Труды Национальной академии наук .

«Этот дисплей выглядит более естественно, чем экраны вашего компьютера или смартфона», – сказал Дебасис Чанда, доцент в Технологическом центре нанотехнологий UCF и главный исследователь исследования. «Это все равно, что видеть портрет на стене в вашем доме. В нем нет такого яркого света или дополнительного света. Это больше похоже на взгляд на мир природы».

Вместо того, чтобы использовать яркие светодиодные фонари, расположенные за экраном для подсветки дисплея, дисплей Чанды освещается отражением света от окружающей среды. Исследователь сравнил новый опыт просмотра с переходом от употребления обработанных пищевых продуктов к употреблению натуральных.

«Это будет шагом к тому, чтобы люди привыкли к нему», сказал он. «Но это способ создания дисплеев, которые гармонируют с тем, как природа отображает цвета, и в результате выглядят более естественными и не выкачивают огромное количество света в ваши глаза».

Это важно, потому что если смотреть на ярко освещенные дисплеи компьютеров и смартфонов в течение продолжительного времени, это может вызвать усталость глаз, головные боли и другие проблемы со здоровьем.

Этот новый механизм отображения использует технику, используемую многими животными, такими как бабочки, осьминоги, попугаи, ара и жуки, для отображения цвета путем рассеяния и отражения света, который поражает наноразмерные структуры на их телах.

Этот тип производства света отличается от пигментных цветов или красителей, подобных тем, которые используются в одежде или красках, которые избирательно поглощают одни цвета света и отражают другие.

«Если мы видим бабочек, осьминогов или много красивых птиц, их цвет на самом деле исходит из наноразмерных структур на их перьях, коже или чешуях», сказал Чанда. «Молекула белка, базовый элемент, они не имеют своего собственного цвета, но когда вы их упорядоченно и контролируемо соединяете, это создает все виды цветов. Бабочка просто рассеивает свет обратно таким образом, он создает все эти прекрасные цвета, ничего не поглощая. "

Технология, известная как плазмонные цветные дисплеи, может отображать различные цвета в зависимости от размера, формы и структуры отражающих металлических наноструктур внутри экранов. Технология, однако, была ограничена из-за проблем с отображением правильного цвета под разными углами, изготовлением его на больших площадях и отображением черного цвета.

Основываясь на своих предыдущих исследованиях, группа Чанды преодолела эти трудности, найдя способ превратить наноструктуры в точные конструкции, чтобы полностью контролировать независимое от угла рассеяние света, в результате чего цвета не зависят от угла обзора.

«Мы обнаружили метод, при котором наночастицы могут самостоятельно собирать квазислучайный узор на заранее спроектированной подложке, а затем мы можем оптимизировать его в очень контролируемом процессе для создания определенного цвета, такого как желтый, синий, золото, пурпурный, белый и многое другое, просто изменяя размер наночастиц, в отличие от цветов на основе пигмента, где для разных цветов необходимы разные поглощающие молекулы ", – сказал Чанда.

Процесс самостоятельной сборки, использованный в исследовании, аналогичен тому, как человеческое тело контролирует рост. В организме ферменты и гормоны, выделяемые в определенное время, регулируют рост. В исследовании Чанды скорость осаждения, давление и температура контролируют дизайн и рост наноструктур, которые обеспечивают контроль цвета отображаемого света.

«С помощью разработанного нами механизма мы можем использовать физические параметры для сопоставления с конкретным рисунком и последующим цветом», – сказал Чанда.

«Однако черный цвет требовал другого подхода. Рассеянный свет от наноструктурированной поверхности блокируется с использованием жидкокристаллического слоя контролируемым образом, что приводит к первой демонстрации черного / серого цветов на структурных цветных дисплеях, "Чанда сказал.

С появлением поля все еще, исследователь сказал, что это может быть некоторое время, прежде чем показы и потребительские товары, использующие плазмонные наноструктуры, станут доступными для общественности, но результаты исследования являются значительным шагом в этом направлении.

Авторы исследования также включают в себя Дэниела Франклина, ведущего автора, выпускника докторской программы UCF на физическом факультете и ныне аспиранта Северо-западного университета; Цзыцянь Хэ, докторант колледжа оптики и фотоники UCF; Памела Мастранзо Ортега, приглашенная докторант в Нанооптической группе Чанды; Алиреза Сафаэй, в прошлом докторская исследовательская работа в Центре физики и технологий нанотехнологий UCF, а теперь докторская степень в Иллинойском университете в Урбане-Шампейне; Пабло Ченсилло-Абад, доктор наук, исследователь в нанооптической группе Чанды; и Шин-Цон Ву, профессор Пегаса в Колледже оптики и фотоники UCF.

Чанда имеет совместные назначения в Центре нанотехнологий UCF, факультет физики и Колледж оптики и фотоники. Он получил докторскую степень по фотонике в Университете Торонто и работал докторантом в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн. Он присоединился к UCF в 2012 году.

Источник: https://www.ucf.edu/