Lorsque vous regardez les papillons Morpho vaciller en vol, scintillant d'un bleu vif, vous êtes témoin d'une forme inhabituelle de couleur structurelle que les chercheurs commencent seulement à utiliser dans les technologies d'éclairage telles que les diffuseurs optiques. De plus, conférer une capacité autonettoyante à de tels diffuseurs minimiserait les salissures et les taches et maximiserait leur utilité pratique.
Or, dans une étude récemment publiée dans Advanced Optical Materials , des chercheurs de l'Université d'Osaka ont développé un diffuseur de lumière nanostructuré hydrofuge qui surpasse les fonctionnalités des autres diffuseurs courants. Ce travail pourrait aider à résoudre les dilemmes d'éclairage courants dans les technologies modernes.
L'éclairage standard peut éventuellement devenir fatiguant car il éclaire de manière inégale. Ainsi, de nombreuses technologies d’affichage utilisent des diffuseurs optiques pour rendre le flux lumineux plus uniforme. Cependant, les diffuseurs optiques conventionnels réduisent le rendement lumineux, ne fonctionnent pas bien pour toutes les couleurs émises ou nécessitent un effort particulier de nettoyage.
Les papillons Morpho sont une source d'inspiration pour des diffuseurs optiques améliorés. Leur architecture multicouche disposée de manière aléatoire permet une couleur structurelle :dans ce cas, une réflexion sélective de la lumière bleue sur un angle ≥±40° par rapport à la direction d'éclairage. Le but du présent travail est d'utiliser cette inspiration de la nature pour concevoir un diffuseur optique simplifié qui présente à la fois une transmission élevée et une large diffusion angulaire, fonctionne pour une gamme de couleurs sans dispersion, se nettoie par un simple rinçage à l'eau et peut être façonné avec outils standards de nanofabrication.
"Nous créons des nanomotifs bidimensionnels - dans un élastomère polydiméthylsiloxane transparent commun - de hauteur binaire mais de largeur aléatoire, et les deux surfaces ont des échelles structurelles différentes", explique Kazuma Yamashita, auteur principal de l'étude. "Ainsi, nous présentons un diffuseur optique efficace pour la lumière à ondes courtes et longues."
Les chercheurs ont adapté les motifs des surfaces du diffuseur pour optimiser les performances de la lumière bleue et rouge, ainsi que leurs propriétés autonettoyantes. La transmission lumineuse mesurée expérimentalement était>93 % sur tout le spectre de la lumière visible, et la diffusion de la lumière était substantielle et pouvait être contrôlée sous une forme anisotrope :78° dans la direction x et 16° dans la direction y (similaire aux valeurs calculées). par simulations). De plus, les surfaces ont fortement repoussé l'eau dans les expériences d'angle de contact et d'autonettoyage.
"L'application de couches de verre de protection de chaque côté du diffuseur optique préserve en grande partie les propriétés optiques, tout en protégeant contre les rayures", explique Akira Saito, auteur principal. "Le verre minimise le besoin d'une manipulation soigneuse et indique l'utilité de notre technologie pour les fenêtres qui récoltent la lumière du jour."
Ce travail souligne que l’étude du monde naturel peut fournir des informations sur les appareils améliorés du quotidien ; dans ce cas, les technologies d'éclairage pour les affichages visuels. Le fait que le diffuseur soit constitué d'un matériau bon marché qui se nettoie tout seul et peut être facilement façonné avec des outils courants pourrait inciter d'autres chercheurs à appliquer les résultats de ces travaux à l'électronique et à de nombreux autres domaines.
Plus d'informations : Kazuma Yamashita et al, Développement d'un diffuseur optique anti-salissure haute performance inspiré de la nanostructure de Morpho Butterfly, Matériaux optiques avancés (2023). DOI :10.1002/adom.202301086
Informations sur le journal : Matériaux optiques avancés
Fourni par l'Université d'Osaka
