La prochaine génération de réseaux manipulant la lumière pourrait s'inspirer des conceptions inspirées des araignées et des feuilles, selon un nouveau rapport de deux physiciens du Boston College et collègues de la South China Normal University.

Des structures aussi courantes que les toiles d'araignées et la nervation des feuilles montrent qu'elles peuvent conduire à des performances presque optimales lorsqu'elles sont copiées pour créer des réseaux flexibles et durables pouvant être utilisés dans des applications optoélectroniques telles que des dispositifs photovoltaïques et des écrans d'affichage, l'équipe de chercheurs a rapporté dans une édition récente de la revue Communication Nature .

"Notre idée est assez simple et de grande envergure, " a déclaré le professeur agrégé de recherche en physique Andrzej Herczynski, un co-auteur du rapport. "Cela part du principe que les formes naturelles offrent des solutions toutes faites pour des conceptions efficaces, testé sur des millions d'années grâce à la sélection naturelle."

Une conception de réseau inspirée de la structure veinée d'une feuille a servi d'électrode efficace pour les cellules solaires, sources lumineuses et radiateurs transparents, entre autres applications, l'équipe a rapporté.

"Cette structure naturelle a été optimisée grâce au processus évolutif pour une distribution efficace des nutriments avec une force maximale et une récolte légère, " a déclaré le co-auteur du Boston College Professor of Physics Krzysztof Kempa. " Dans notre application, ces propriétés se traduisent par un transport de courant très efficace, propriétés mécaniques recherchées, et un ombrage de lumière minimal."

Un deuxième réseau, s'appuyant sur les mêmes conceptions qui font des toiles d'araignées des pièges efficaces pour les insectes et les punaises, sert de moyen efficace pour attirer la lumière à travers un dispositif optoélectronique. Le réseau pourrait trouver une application potentielle dans les écrans tactiles et les panneaux d'affichage de prochaine génération en raison de son extrême flexibilité, résistance mécanique importante, transparence "furtive" et degré élevé d'uniformité, les chercheurs ont dit.

L'un des principaux avantages de ces deux méthodes proposées est le faible coût et la simplicité du processus de fabrication.

Les chercheurs se sont dits surpris par les performances supérieures des réseaux dans les scénarios expérimentaux. Les deux ont multiplié par quatre les propriétés électro-optiques, ou la figure de référence du mérite. Par ailleurs, le réseau de conception de toile d'araignée peut être étiré jusqu'à 25 pour cent sans aucune perte de performances et ne voit qu'un déclin minime lorsqu'il est étiré jusqu'à 100 pour cent de sa taille d'origine, l'équipe a rapporté.

« Aucun autre réseau d'électrodes ne peut être étiré à plus de 10 %, ", a déclaré Kempa. Les autres membres de l'équipe de recherche comprenaient le professeur Zhifeng Ren de l'Université de Houston et le professeur Jinwej Gao de l'Université normale de Chine du Sud et son équipe de recherche.

Les chercheurs affirment que les modèles de réseau spécifiques qu'ils ont proposés pourraient améliorer l'efficacité des cellules solaires et les performances d'une nouvelle génération de modules flexibles, écrans tactiles et affichages durables.

« Augmenter l'efficacité des cellules solaires, en particulier, est un élément essentiel dans la recherche de sources d'énergie renouvelables, un enjeu majeur de durabilité et d'écologie, " a déclaré Herczynski. " Les moniteurs et écrans flexibles deviendront probablement de plus en plus importants pour des utilisations possibles telles que les écrans portables et les téléphones intelligents élastiques. "