چشم پروانه الهام بخش تکنولوژی های جدید

چشم پروانه و یا بید دارای ساختارهای نانویی در سطح می باشد که منجر به مینیمم شدن انعکاس نور می شوند. این ویژگی کمک می کند تا حشره در تاریکی بهتر ببیند. این مسئله به دلیل کاهش در تابش ایجاد می شود. همچنین این مسئله موجب می شود تا شکار این حشرات بوسیله ی شکارچی ها مشکل تر شود.
با الهام از چشم پروانه، مهندسین و محققین رشته ی مواد فیلم های ضد انعکاس (آنتی رفلکت) را به منظور افزایش بازده پانل های خورشیدی، توسعه داده اند. این کار موجب کاهش میزان مصرف باتری مربوط به صفحات نمایش گوشی های هوشمند و حتی بهبود ظاهر بیلبوردهای تبلیغاتی بزرگراه ها، می شود. محققین در حال کار بر روی موادی می باشند که بتوانند این ساختارهای نانومتری را در آزمایشگاه تولید کنند. این روش هنوز هم با برخی مشکلات مواجه است که باید به خوبی برطرف شوند. با توجه به گفته ی شین تی سون وو، برخی از نانوذرات سیلیکون اکسید در طی فرایند چاپ از دست می روند و به فیلم می چسبند. این مسئله موجب می شود تا استامپ قابلیت استفاده ی خود را از دست بدهد. در آینده، محققین امیدوارند تا استامپ هایی با قابلیت استفاده ی مجدد تولید کنند. تنها در همین هفته، یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه فلوریدای مرکزی مقاله ای را در مجله ی اپتیکا منتشر کرد که در حقیقت معرفی کننده ی یک لایه ی نازک آنتی رفلکت جدید است. آنها ادعا کرده اند که مدلی برای سایر محققین تدوین کرده اند که بوسیله ی آن محقق می تواند برای بهینه سازی فیلم خود، استفاده کند.
این کار چگونه انجام می شود؟
محققین یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی شین تی سون وو (Shin-Tson Wu) از یک روش مشابه اسپامپ زنی برای ایجاد فیم های جدید و خاص، استفاده کرده اند. آنها ابتدا یک محلول را با گوی های سیلیکون اکسید نانومقیاس بر روی فیلم رسوب داده اند. این نانوگوی ها یا نانوکره ها، تنها 100 نانومتر قطر دارند (یک هزارم قطر یک موی انسان). سپس آنها سطح را می چرخانند تا بدین صورت نانوکره ها بر روی سطح توزیع شوند. سرعت بیشتر چرخش، موجب می شود تا گوی ها پراکندگی بیشتری پیدا کنند. سپس سطح حاوی کره های کوچک خشک می شود و از یک استامپ برای ایجاد حفرات ریز بر روی محصول نهایی استفاده می شود و بدین صورت ساختارهای نانومتری بر روی سطح این فیلم ها ایجاد می شود که در حقیقت مشابه الگوهای سطحی چشم پروانه می باشد.
این روش هنوز هم با برخی مشکلات مواجه است که باید به خوبی برطرف شوند. با توجه به گفته ی شین تی سون وو، برخی از نانوذرات سیلیکون اکسید در طی فرایند چاپ از دست می روند و به فیلم می چسبند. این مسئله موجب می شود تا استامپ قابلیت استفاده ی خود را از دست بدهد. در آینده، محققین امیدوارند تا استامپ هایی با قابلیت استفاده ی مجدد تولید کنند.
دیتمار نیپ (Dietmar Knipp)، محقق علم مواد از دانشگاه استنفرد در کالیفرنیا می گوید: "هر وقت در مورد کاربردهایی صحبت می کنید که در آنها یک الگو در سطحی وسیع ایجاد می شوند، چاپ معمولاً بهترین انتخاب است. اما روشی که با آن این کار انجام می شود، موجب می شود تا استامپ نانوساختار تخریب شود و بدین صورت شما باید این بخش را در پایان جایگزین کنید. در واقع شما باید فرایند را دوباره شروع کنید".
مسیر حرکت یک محصول از آزمایشگاه به سمت بازار، با موانع بسیاری مواجه است. در مورد فیلم های ضد انعکاس (آنتی رفلکس)، هزینه های تولید یکی از بزرگتری موانع می باشد. شرکت شارپ از سال 2012، در حال رایزنی برای استفاده از این تکنولوژی در تولید صفحات تلویزیونی می باشد و شرکت فیلیپس در حقیقت یک مدل از این محصولات را تولید کرده است اما قیمت هر برچسب، در حدود 3000 دلار می باشد.
گوانجان تان، دانشجوی فارغ التحصیل در گروه تحقیقاتی شین تی سون وو در دانشگاه کالیفرنیای مرکزی می گوید: "هم اکنون برخی از محصولات تجاری وجود دارد که از این نوع از سطوح ضد انعکاس استفاده می کنند اما هنوز هم برخی موضوعات در این زمینه وجود دارد".
برای مثال، فیلم ضد انعکاس مورد استفاده در صفحات تلویزیون فیلیپس به سهولت چروک می خورند. اگر این ماده بر روی صفحات نمایش گوشی های هوشمند پوشش داده شود، تماس انگشت بر روی سطح منجر به آسیب دیدن این پوشش ها می شود. تان می گوید: بعد از آزمایش بر روی چند ماده، این فهمیده شده است که یک فیلم که مقاومت بیشتری در برابر خراش و همچنین مقاومت بیشتر در برابر آب و روغن باشند، مورد نیاز می باشند. این پوشش ها باید انعطاف پذیر باشند و انعطاف پذیری، از جمله ویژگی های مهم این پوشش ها می باشند زیرا دانشمندان به دنبال تولید صفحات نمایش انعطاف پذیر در آینده ی نزدیک، هستند.
تان می گوید: "برای این کار، ما باید موادی را مورد استفاده قرار می دادیم که انعطاف پذیری بالاتری دارند اما این کار منجر به کاهش در سختی سطحی می شد و صفحه را مستعد خراش برداشتن می کرد". او همچنین گفت که یک چنین سبک- سنگین کردنی، در دنیای مهندسی متداول است. با وجود این، این محققین ادعا کرده اند که فیلم آنها می تواند به گونه ای عمل کند که حتی در زیر نور خورشید نیز قابلیت خواندن صفحه ی نمایش، مقدور باشد.
یادگیری بیشتر از طبیعت
یکی دیگر از بخش های این مطالعه ممکن است موجب توسعه ی کاربردهای مختلف برای تکنولوژی ضد تابش (anti-glare technology) شود.
شین تی سون وو می گوید: " ما همچنین در حال توسعه ی مدل شبیه سازی هستیم که سایر افراد می تواند بواسطه ی آن، شکل و اندازه ی بهینه نانوذرات را برای ایجاد یک خاصیت ضد انعکاس بهینه، تعیین کنند".
برای مثال، یک فیلم ضد انعکاس برای سلول های خورشیدی و یا استفاده در بیلبوردهای تبلیغاتی، ممکن است نیازمند رزولیشنی مشابه یک گوشی تلفن همراه نباشد.
در حال حاضر، مدل محققین بر اساس روش چاپ فیلم آنها می باشد اما این احتمال وجود دارد که نانوساختارهای بهتر از نانوذرات نیز وجود داشته باشند.
سایر محققین نیز سعی می کنند تا ستون های نانومتری و حتی مخروط های نانومتری برای انجام این کار استفاده کنند اما با توجه به مقاله ای که در سال 2011 بوسیله ی نیپ منتشر شد، نانوساختار ایده آل برای ایجاد خاصیت ضد تابش یا ضد انعکاس باید حالت گنبدی سهمی گون، داشته باشد.
نیپ می گوید: " در نهایت، این احتمال وجود دارد که نزدیک ترین حالت به حالت بهینه، در طبیعت یافت می شود، یعنی در چشم پروانه".
به هر حال، در مقایسه با ستون ها، مخروط ها و گودی های نانومتری، یک سطح با بخش های گنبدی سهی گون، به سختی تولید می شود. بنابراین، وقتی می خواهیم خاصیت ضد انعکاس را تکمیل کنیم، هنوز هم باید به پروانه نگاه کنیم.
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع تحقیق :
https://www.insidescience.org