Les scientifiques ont trouvé un moyen de produire des films transparents sur de grandes surfaces dont les nanostructures sont inspirées de la structure de l'œil du papillon. Crédit:Ian Lindsay sur Pixabay
Il existe de nombreux problèmes humains que les scientifiques et les ingénieurs ont résolus en tirant des idées directement des biomécanismes trouvés dans d'autres formes de vie, du Velcro aux célèbres trains à grande vitesse du Japon, le Shinkansen. Ainsi, il ne faut pas s'étonner de savoir que de nombreuses avancées remarquables en matière de revêtement antireflet ont été inspirées par les biostructures particulières trouvées dans les yeux des mites.
En tant qu'animaux principalement nocturnes qui souhaitent rester à l'abri des prédateurs, les papillons de nuit ont évolué pour développer des yeux non réfléchissants. Leurs yeux ont une structure nanométrique périodique qui rend la surface oculaire graduée, par opposition à poli. Cela fait que la plupart de la lumière incidente se plie à la surface et, par conséquent, être transmis par l'œil au lieu d'être réfléchi sur celui-ci. Cette structure en réseau à l'échelle nanométrique est si efficace que les chercheurs ont essayé de l'imiter en utilisant d'autres matériaux pour créer des revêtements antireflet avec plus ou moins de succès.
Cependant, malgré les récents progrès des nanosciences qui permettent l'adoption de cette idée pour diverses applications pratiques, il y a encore des barrières à surmonter en termes d'évolutivité et de coût de fabrication. Pour faire face à ces problèmes, des scientifiques de l'Université des sciences de Tokyo et de Geomatec Co., Ltd., Japon, ont travaillé sur une nouvelle stratégie pour produire des nanostructures en œil de papillon et des films transparents. Dans leur dernière étude, Publié dans Micro et Nano Ingénierie , ils présentent une méthode prometteuse pour fabriquer des moules et des films pour les yeux des mites à grande échelle.
Images de microscopie électronique à balayage d'un film mince antireflet produit à l'aide du moule nanostructuré bio-inspiré. Crédit :Jun Taniguchi, Université des sciences de Tokyo
Bien que cette équipe de recherche ait déjà réussi à créer des moules d'œil de papillon en carbone vitreux gravés avec un faisceau d'ions d'oxygène, cette approche n'était pas évolutive. « La production de substrats de carbone vitreux nécessite l'utilisation de la technologie de la métallurgie des poudres, qui est difficile à utiliser pour réaliser des moules de grande surface, " explique le professeur Jun Taniguchi de l'Université des sciences de Tokyo, « Pour surmonter cette limite, nous avons essayé d'utiliser uniquement une fine couche de carbone vitreux déposée sur un grand substrat de verre régulier."
De plus, rendre réalisable cette nouvelle stratégie, l'équipe a choisi cette fois d'utiliser un système à plasma à couplage inductif (ICP) par opposition à la source d'ions à résonance électron-cyclotron précédemment utilisée. Alors que les deux appareils peuvent graver du carbone vitreux à l'aide d'un faisceau concentré d'ions d'oxygène, La technologie ICP produit une plage d'irradiation de faisceau d'ions plus large, ce qui est plus approprié pour travailler sur des structures de grande surface.
Après avoir testé avec différents paramètres ICP, les chercheurs ont déterminé qu'un processus de gravure ICP en deux étapes était le meilleur pour obtenir un moule nanostructuré de haute qualité. Puis, ils ont utilisé ce moule pour produire un film transparent avec une nanostructure en œil de papillon en utilisant une résine durcissable aux UV.
Propriétés optiques du film mite comparées à celles d'un échantillon sans motif nanostructuré. La transmission et la réflectance sont toutes deux améliorées par la structure en œil de papillon, démontrant ses propriétés antireflet. Crédit :Jun Taniguchi, Université des sciences de Tokyo
Les propriétés optiques de ce film étaient remarquables; sa réflectance vers la lumière dans le domaine visible n'était que de 0,4%, 10 fois inférieur à celui d'un film similaire sans la nanostructure en œil de papillon. Quoi de plus, la transmission de la lumière à travers le matériau a également été augmentée, ce qui signifie qu'aucun compromis dans les propriétés optiques ne s'est produit à la suite de l'utilisation du film pour réduire la lumière réfléchie.
Monsieur Hiroyuki Sugawara, directeur technique chez Geomatec, met en évidence les nombreuses applications possibles de tels films antireflet s'il était possible de les produire à l'échelle du mètre :« Nous pourrions utiliser ces films pour améliorer la visibilité dans les écrans plats, enseignes numériques, et les plaques acryliques transparentes utilisées partout depuis le début de la pandémie de COVID-19. De plus, Le revêtement antireflet pourrait également être un moyen efficace d'améliorer les performances des panneaux solaires."
Cette étude montre comment étendre les utilisations des structures d'inspiration biologique en rendant leur fabrication plus facilement évolutive. Ces avancées pourraient également aider à préserver la nature afin que nous puissions continuer à obtenir des idées utiles d'autres espèces.
