نانومواد

طراحی الهام گرفته از طبیعت: تقلید از چشم های پروانه برای تولید پوشش های ضد انعکاس شفاف

طراحی الهام گرفته از طبیعت: تقلید از چشم های پروانه برای تولید پوشش های ضد انعکاس شفاف

 

Nature-inspired design--Mimicking moth eyes to produce transparent anti-reflective coatings
دانشمندان راهی برای تولید فیلم های شفاف در سطح وسیع پیدا کرده اند که ساختارهای نانو از ساختار چشم پروانه الهام گرفته اند. اعتبار: یان لیندسی در Pixabay

طراحی الهام گرفته از طبیعت: تقلید از چشم های پروانه برای تولید پوشش های ضد انعکاس شفاف بسیاری از مشکلات انسانی وجود دارد که دانشمندان و مهندسان با ایده گرفتن مستقیم از بیومکانیسم های موجود در سایر شکل های زندگی ، از Velcro گرفته تا قطارهای معروف گلوله ژاپن ، Shinkansen ، آنها را حل کرده اند. بنابراین ، جای تعجب نیست که بدانید بسیاری از پیشرفت های چشمگیر در پوشش ضد بازتاب از ساختارهای زیستی عجیب و غریب موجود در چشم پروانه الهام گرفته شده است.

دانشکده هابه عنوان حیوانات شبانه که تمایل دارند از دید شکارچیان پنهان بمانند ، پروانه ها رشد کرده و چشم هایی غیر انعکاسی ایجاد می کنند. چشم های آنها دارای یک ساختار نانومتری دوره ای است که باعث می شود سطح چشم درجه بندی شود ، در مقایسه با جلا داده شده. این باعث می شود بیشتر نور حادثه در سطح خم شوند و بنابراین منتقل شوند از طریق چشم به جای اینکه از روی آن منعکس شود. این ساختار آرایه ای در مقیاس نانو بسیار کارآمد است به طوری که محققان سعی کرده اند با استفاده از سایر مواد ، آنرا تقلید کنند تا پوشش های ضد انعکاس با درجات مختلف موفقیت.

با این وجود ، علی رغم پیشرفت های اخیر در علوم نانو که اجازه می دهد این ایده را برای کاربردهای مختلف عملی تصویب کند ، هنوز موانعی وجود دارد که از نظر مقیاس پذیری و هزینه ساخت برطرف می شوند. برای مقابله با این مشکلات ، دانشمندان دانشگاه علوم توکیو و شرکت Geomatec ، Ltd. ، ژاپن ، در حال کار بر روی یک استراتژی جدید برای تولید نانوساختارهای چشم پروانه و شفاف فیلمها . در آخرین مطالعه خود ، که در مهندسی میکرو و نانو منتشر شده است ، آنها روشی امیدوار کننده برای ساخت قالبها و فیلمهای چشم پروانه در مقیاسهای بزرگ ارائه می دهند.

طراحی الهام گرفته از طبیعت: تقلید از چشم های پروانه برای تولید پوشش های ضد انعکاس شفاف
تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از یک فیلم نازک ضد انعکاسی که با استفاده از قالب ساختار نانو با الهام از زیست تولید شده است. اعتبار: Jun Taniguchi ، دانشگاه علوم توکیو

اگرچه این تیم تحقیقاتی قبلاً موفق به ایجاد قالب های چشم پروانه ای ساخته شده از کربن شیشه ای با پرتو یون اکسیژن شده بودند ، اما این روش مقیاس پذیر نبود. پروفسور جون تانیگوچی از دانشگاه علوم توکیو توضیح می دهد: “تولید بسترهای کربن شیشه ای نیاز به استفاده از فناوری متالورژی پودر دارد که استفاده از آن برای تولید قالب با مساحت زیاد دشوار است” ، برای غلبه بر این محدودیت ، سعی کردیم فقط از یک لایه نازک استفاده کنیم از کربن شیشه ای که در بالای یک لایه بزرگ معمولی شیشه ای رسوب کرده است. “

علاوه بر این ، برای عملی ساختن این استراتژی جدید ، تیم این بار استفاده از یک سیستم پلاسمای جفت شونده القایی (ICP) را برخلاف منبع یون تشدید الکترون – سیکلوترون انتخاب کرد. در حالی که هر دو دستگاه می توانند کربن شیشه ای را با استفاده از یک پرتوی غلیظ از یونهای اکسیژن اچ کنند ، اما فناوری ICP طیف وسیع تری از پرتوی یون را تولید می کند که برای کار در سازه های با مساحت بیشتر مناسب است.

پس از آزمایش با پارامترهای مختلف ICP ، محققان تشخیص دادند که یک فرایند اچ دو مرحله ای ICP بهترین نتیجه برای بدست آوردن یک قالب ساختار نانو با کیفیت بالا است. سپس ، آنها از این قالب برای تولید یک فیلم شفاف با ساختار نانو چشم پروانه با استفاده از یک رزین قابل درمان با اشعه ماورا UV بنفش استفاده کردند.

طراحی الهام گرفته از طبیعت: تقلید از چشم های پروانه برای تولید پوشش های ضد انعکاس شفاف
خصوصیات نوری فیلم پروانه چشم در مقایسه با نمونه های بدون الگوی ساختار نانو. انتقال و انعکاس هر دو توسط ساختار پروانه چشم بهبود می یابد و خواص ضد بازتاب آن را نشان می دهد. اعتبار: Jun Taniguchi ، دانشگاه علوم توکیو

خصوصیات نوری این فیلم قابل توجه بود. بازتاب آن نسبت به نور در محدوده مرئی تنها ۰٫۴٪ بود ، ۱۰ برابر کمتر از یک فیلم مشابه بدون ساختار نانو چشم پروانه. علاوه بر این ، انتقال نور از طریق مواد نیز افزایش یافته است ، به این معنی که در نتیجه استفاده از فیلم برای کاهش نور منعکس شده ، هیچ معامله در خصوصیات نوری رخ نداده است.

آقای هیرویوکی سوگوارا ، مدیر فنی در Geomatec ، در صورت امکان تولید در مقیاس متر ، بسیاری از کاربردهای این چنین فیلمهای ضد بازتاب را برجسته می کند: “ما می توانیم از این فیلمها برای بهبود دید در نمایشگرهای صفحه تخت ، علائم دیجیتال و صفحات اکریلیک شفاف استفاده کنیم علاوه بر این ، پوشش ضد انعکاس نیز می تواند روشی کارآمد برای بهبود عملکرد صفحات خورشیدی باشد. “

این مطالعه نشان می دهد که چگونه می توان ساختارهای الهام گرفته از زیست شناسی را با مقیاس پذیرتر ساختن آنها ساخت. این پیشرفت ها همچنین می توانند به حفظ طبیعت کمک کنند تا بتوانیم به ایده های مفید دیگر گونه ها ادامه دهیم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا