Ultimate magazine theme for WordPress.

نقاشی با نور: نانو ستون های جدید دقیقاً شدت نور منتقل شده را کنترل می کنند

0

نقاشی با نور: نانو ستون های جدید دقیقاً شدت نور منتقل شده را کنترل می کنند

 

نقاشی با نور: نانو ستون های جدید دقیقاً شدت نور منتقل شده را کنترل می کنند
تصویرگری بازتولید صادقانه “دختری با گوشواره مروارید” یوهانس ورمیر را با استفاده از میلیون ها نانو ستون به تصویر می کشد که هم رنگ و هم شدت نور حادثه را کنترل می کند. اعتبار: T. Xu / دانشگاه نانجینگ

نقاشی با نور: نانو ستون های جدید دقیقاً شدت نور منتقل شده را کنترل می کنند با تاباندن نور سفید به لام شیشه ای مملو از میلیون ها ستون ریز دی اکسید تیتانیوم ، محققان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) و همکاران آنها با وفاداری حیرت انگیز رنگهای درخشان و سایه های ظریف را تولید کرده اند از “دختری با گوشواره مروارید” شاهکار هنرمند هلندی یوهانس ورمیر. این روش کاربردهای بالقوه ای در بهبود ارتباطات نوری و سخت شدن جعل ارز دارد.

دانشکده ها : به عنوان مثال ، با افزودن یا انداختن یک رنگ یا طول موج خاص نور که در یک فیبر نوری حرکت می کند ، دانشمندان می توانند مقدار اطلاعاتی را که توسط فیبر حمل می شود کنترل کنند. با تغییر شدت ، محققان می توانند روشنایی سیگنال نوری را در طول مسافت های طولانی در فیبر حفظ کنند. همچنین ممکن است از این روش برای “رنگ آمیزی” پول کاغذ با جزئیات رنگی کوچک اما پیچیده استفاده شود که جعل کننده در جعل آنها مشکل زیادی دارد.

دانشمندان دیگر قبلاً از ستونهای کوچک یا نانو ستونها در اندازه های مختلف استفاده کرده اند تا هنگام روشن شدن با نور سفید ، رنگهای خاصی را به دام بیندازند و از آنها ساطع کنند. عرض نانو ستون ها که حدود ۶۰۰ نانومتر ارتفاع دارند یا قطر آنها کمتر از یک صدم موی انسان است ، مشخص کننده نور خاصی است که ستون به دام می اندازد و از آن ساطع می کند. برای آزمایش طاقت فرسای چنین تکنیکی ، محققان بررسی کردند که نانو ستون ها به خوبی رنگ یک نقاشی آشنا مانند Vermeer را تولید می کنند.

اگرچه چندین تیم از محققان میلیون ها نانو ستون را که اندازه آنها برای انتقال نور قرمز ، سبز یا آبی تنظیم شده بود ، ایجاد کردند تا یک پالت خاص از رنگ های خروجی ایجاد کنند ، دانشمندان راهی برای کنترل شدت این رنگها نداشتند. شدت ، یا روشنایی رنگ ، نور و سایه تصویر را تعیین می کند – chiaroscuro آن – و توانایی انتقال برداشت از چشم انداز و عمق را افزایش می دهد ، که یکی از ویژگی های مهم ورمیر است.

اکنون ، با ساخت نانو ستونهایی که نه تنها رنگهای خاصی از نور را به دام می اندازند و از آنها ساطع می کنند بلکه قطبش را با درجات مختلف تغییر می دهند ، محققان NIST و همکاران آنها از دانشگاه نانجینگ در چین برای اولین بار راهی برای کنترل هر دو رنگ نشان داده اند. و شدت محققان که شامل آمیت آگراوال و ونقی ژو از NIST و دانشگاه مریلند در کالج پارک و هنری لزک از NIST هستند ، یافته های خود را در شماره ۲۰ سپتامبر مجله Optica که امروز بصورت آنلاین ارسال شده است ، توصیف می کنند. .

در کار جدید خود ، تیم NIST بر روی یک نانو ستون شیشه ای از دی اکسید تیتانیوم ساخته شد که دارای یک مقطع بیضوی است نه یک دایره. اجسام مدور قطر یکنواخت واحدی دارند اما اشیا e بیضوی دارای یک محور بلند و یک محور کوتاه هستند.

محققان نانو ستون ها را به گونه ای طراحی کردند که در نقاط مختلف محور طولانی آنها بیشتر با ترازبندی نور سفید ورودی هم تراز یا کمتر تراز باشد. (نور پلاریزه ، نوری است که هنگام عبور از فضا ، میدان الکتریکی آن در یک جهت خاص می لرزد.) اگر نانو ستون دقیقاً با جهت قطبش نور ورودی همسو بود ، قطبش نور منتقل نشده تحت تأثیر قرار گرفت. اما اگر محور طولانی با مقداری زاویه – مثلاً ۲۰ درجه – نسبت به جهت قطبش نور ورودی چرخانده شود ، نانو ستون قطبش نور حادثه را دو برابر آن زاویه چرخاند – در این حالت ۴۰ درجه.

در هر مکان روی اسلاید شیشه ای ، جهت یک نانو ستون قطبش نور قرمز ، سبز یا آبی را که با مقدار مشخصی منتقل می کند ، چرخاند.

Painting with light: Novel nanopillars precisely control intensity of transmitted light
چپ: شماتیک برای ایجاد یک تصویر نانو رنگ آمیزی تمام رنگی. حصارها یک نانو ستون دی اکسید تیتانیوم و یک تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نانو ستونهای ساخته شده را نشان می دهند. سایه زدن رنگ کاذب ، رنگهای اصلی تولید شده توسط نانو ستون ها را نشان می دهد. نوار مقیاس: ۵۰۰ نانومتر راست: تصویر رنگی آزمایشی “دختری با گوشواره مروارید” که در زیر نور نور سفید تولید شده است. نوار مقیاس: ۵۰ میکرومتر. اعتبار: T. Xu / دانشگاه نانجینگ

به خودی خود چرخش انجام شده توسط هر نانو ستون به هیچ وجه شدت نور منتقل شده را تغییر نمی دهد. اما همزمان با یک فیلتر قطبی مخصوص که در پشت سرسره شیشه ای قرار داده شده است ، تیم به این هدف دست یافت.

جهت فیلتر این بود که از عبور نوری که قطب اصلی خود را حفظ کرده است جلوگیری کند. (عینک آفتابی تقریباً به همان روشی کار می کند: لنزها به عنوان فیلترهای قطبی عمودی عمل می کنند و شدت تابش خیره کننده افقی را کاهش می دهند.) این امر در مورد هر مکان روی لام شیشه ای که یک نانو ستون قطبش نور حادثه ای را تغییر ندهد ، صدق می کند. . چنین منطقه ای به عنوان یک نقطه تاریک در یک صفحه دور به نظر می رسد.

در مکانهایی که نانو ستون قطبش نور سفید حادثه را چرخانده بود ، فیلتر اجازه می دهد مقدار مشخصی از قرمز ، سبز یا نور آبی برای عبور. مقدار بستگی به زاویه چرخش دارد. هرچه زاویه بیشتر باشد ، شدت نور منتقل شده بیشتر است. به این ترتیب ، تیم برای اولین بار هم رنگ و هم روشنایی را کنترل کرد.

هنگامی که محققان NIST طراحی اولیه را نشان دادند ، یک نسخه دیجیتالی از نسخه مینیاتوری نقاشی ورمیر ، به طول حدود ۱ میلی متر ایجاد کردند. آنها سپس از اطلاعات دیجیتال برای هدایت ساخت ماتریس میلیون ها نانو ستون استفاده کردند. محققان رنگ و شدت هر عنصر تصویر یا پیکسل Vermeer را توسط یک گروه پنج نانو ستونی – یکی قرمز ، دو سبز و دو آبی – که در زوایای خاص نور ورودی قرار دارند ، نشان دادند. بررسی تصویر به اندازه میلی متر که تیم با درخشش نور سفید ایجاد کرده است از طریق نانو ستون ها ، محققان دریافتند که آنها “دختری با گوشواره مروارید” را با وضوح فوق العاده تولید می کنند ، حتی بافت رنگ روغن را روی بوم می گیرند. Agrawal ، محقق و محقق NIST ، گفت: “کیفیت تولید مثل ، به دست آوردن درجه بندی رنگی ظریف و جزئیات سایه ، بسیار چشمگیر است.” “این کار کاملاً با ظرافت از طریق زمینه های هنر و فناوری نانو پل می زند.”

برای ساخت نانو ستون ها ، آگراوال و همکارانش ابتدا یک لایه از پلیمر فوق نازک را روی شیشه ، ضخامت فقط چند صد نانومتر ، رسوب دادند. آنها با استفاده از یک پرتو الکترونی مانند یک مته مینیاتوری ، مجموعه ای از میلیون ها سوراخ کوچک را با ابعاد و جهت های مختلف در پلیمر حفاری کردند.

سپس ، با استفاده از تکنیکی که به عنوان رسوب لایه اتمی شناخته می شود ، این سوراخ ها را با دی اکسید تیتانیوم دوباره پر کردند. سرانجام ، تیم تمام پلیمرهای اطراف سوراخ ها را از بین برد و میلیون ها ستون کوچک دی اکسید تیتانیوم را پشت سر گذاشت. بعد و جهت هر نانو ستون به ترتیب رنگ و روشنایی تصویر نهایی به اندازه میلی متر را نشان می دهد.

تکنیک نانو ستون را می توان به راحتی برای انتقال رنگهای خاص نور ، با شدتهای خاص ، برای برقراری ارتباط از طریق فیبر نوری یا حکاکی یک مورد ارزشمند با یک علامت شناسایی مینیاتوری و چندتایی ، که تکرار آن دشوار است ، تطبیق داد.


مجسمه سازی فوق العاده پالس های نور سریع: نانو ستون ها نور را دقیقاً برای کاربردهای عملی شکل می دهند

اطلاعات بیشتر: Pengcheng Huo و همکاران ، نانو رنگ آمیزی تمام رنگی Photorealistic که توسط یک سطح متراش کم کم فعال شده است ، Optica (۲۰۲۰). DOI: 10.1364 / OPTICA.403092
تهیه شده توسط موسسه ملی استاندارد و فناوری
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.