Ao observar as borboletas Morpho balançando em voo, brilhando em uma cor azul vívida, você está testemunhando uma forma incomum de cor estrutural que os pesquisadores estão apenas começando a usar em tecnologias de iluminação, como difusores ópticos. Além disso, conferir uma capacidade de auto-limpeza a tais difusores minimizaria a sujidade e as manchas e maximizaria a utilidade prática.



Agora, em um estudo publicado recentemente na Advanced Optical Materials , pesquisadores da Universidade de Osaka desenvolveram um difusor de luz nanoestruturado repelente à água que supera a funcionalidade de outros difusores comuns. Este trabalho pode ajudar a resolver dilemas comuns de iluminação nas tecnologias modernas.

A iluminação padrão pode eventualmente se tornar cansativa porque ilumina de forma desigual. Assim, muitas tecnologias de display utilizam difusores ópticos para tornar a saída de luz mais uniforme. No entanto, os difusores ópticos convencionais reduzem a emissão de luz, não funcionam bem para todas as cores emitidas ou requerem um esforço especial para limpeza.

As borboletas Morpho são uma inspiração para difusores ópticos aprimorados. Sua arquitetura multicamadas disposta aleatoriamente permite a cor estrutural:neste caso, reflexão seletiva da luz azul em um ângulo ≥±40° a partir da direção da iluminação. O objetivo do presente trabalho é usar essa inspiração da natureza para projetar um difusor óptico simplificado que tenha alta transmitância e ampla propagação angular, funcione para uma gama de cores sem dispersão, seja limpo com um simples enxágue com água e possa ser modelado com ferramentas padrão de nanofabricação.

"Criamos nanopadrões bidimensionais - em elastômero de polidimetilsiloxano transparente comum - de altura binária, mas largura aleatória, e as duas superfícies têm escalas estruturais diferentes", explica Kazuma Yamashita, principal autor do estudo. "Assim, relatamos um difusor óptico eficaz para luz de comprimento de onda curto e longo."

Os pesquisadores adaptaram os padrões das superfícies do difusor para otimizar o desempenho da luz azul e vermelha e suas propriedades de autolimpeza. A transmitância de luz medida experimentalmente foi> 93% em todo o espectro de luz visível, e a difusão de luz foi substancial e pode ser controlada em forma anisotrópica:78° na direção x e 16° na direção y (semelhante aos valores calculados por simulações). Além disso, as superfícies repeliram fortemente a água em experimentos de ângulo de contato e de autolimpeza.

“A aplicação de camadas protetoras de vidro em ambos os lados do difusor óptico mantém em grande parte as propriedades ópticas, mas protege contra arranhões”, diz Akira Saito, autor sênior. "O vidro minimiza a necessidade de manuseio cuidadoso e indica a utilidade da nossa tecnologia para janelas que aproveitam a luz do dia."

Este trabalho enfatiza que o estudo do mundo natural pode fornecer insights para dispositivos cotidianos aprimorados; neste caso, tecnologias de iluminação para exibições visuais. O fato de o difusor consistir em um material barato que essencialmente se limpa sozinho e pode ser facilmente moldado com ferramentas comuns pode inspirar outros pesquisadores a aplicar os resultados deste trabalho à eletrônica e a muitos outros campos.

Mais informações: Kazuma Yamashita et al, Desenvolvimento de um difusor óptico anti-incrustante de alto desempenho inspirado na nanoestrutura de Morpho Butterfly, Materiais ópticos avançados (2023). DOI:10.1002/adom.202301086
Informações do diário: Materiais Ópticos Avançados

Fornecido pela Universidade de Osaka