Biologové a výzkumníci nanotechnologií na Rice University již roky pracují na projektu financovaném americkým námořnictvem, aby vytvořili materiál, který se dokáže vizuálně přizpůsobit svému okolí v reálném čase. Cílem je umožnit, aby se lodě, vozidla a nakonec vojáci stali neviditelnými - nebo téměř neviditelnými - stejně jako některé druhy chobotnic a jiných hlavonožců.
S jejich chobotnicí jako jejich modelem vyvinuli vědci flexibilní displej s nízkým výkonem s vysokým rozlišením, který by mohl realisticky napodobovat jeho prostředí. Díky nové technologii zobrazení jsou jednotlivé pixely (malé barevné tečky, které tvoří obraz v televizi a smartphonu) neviditelné pro lidské oko. Pomocí hliníkových nanorodů s přesnými délkami a rozestupy vědci zjistili, že by mohli vytvořit živé tečky různých barev, které jsou 40krát menší než pixely nalezené v dnešních televizích.
Jak to funguje
Ve studii nedávno publikované v časném vydání Sborníku Národní akademie věd (PNAS) autoři ilustrují, jak použili techniku zvanou depozice elektronovým paprskem k vytvoření polí nanorodů a pixelů o velikosti 5 mikronů - zhruba velikost rostlin nebo spór plísní - které produkují jasné barvy bez použití barviv, která mohou v průběhu času vyblednout. Barva každého z těchto malých pixelů může být jemně doladěna změnou buď vzdáleností mezi tyčemi v polích, nebo délkami jednotlivých tyčinek.
Vědci vytvořili řadu pixelů v nano měřítku, které lze přesně naladit na různé barvy (A). Každý pixel je tvořen řadou malých hliníkových tyčí (B), které v závislosti na jejich délce a uspořádání vytvářejí různé barvy. (Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických) (Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických) Barva pixelu je vytvářena, když světlo dopadá na nanorody a rozptyluje se při specifických vlnových délkách. Tím, že mění uspořádání a délku okolních nanorodů, je tým schopen přesně řídit, jak se světlo odrazí kolem, zužuje spektrum světla a ve skutečnosti upravuje viditelné světlo, které každý pixel vydává. Pixely, které tým vytvořil, jsou také plazmonické, což znamená, že jsou jasnější a tmavší v závislosti na okolním světle, podobně jako barvy v barevném skle. To by mohlo být užitečné při vytváření displejů s nižší spotřebou ve spotřebitelských zařízeních, která by také měla být méně stresující pro oči.
Protože se technologie spoléhá hlavně na hliník, který je levný a snadno se s ním pracuje, neměly by být tyto typy displejů neúměrně drahé nebo příliš obtížně vyrobitelné.
Prostor pro zlepšení
Stephan Link, docent chemie na Rice University a vedoucí výzkumník ve studii PNAS, říká, že tým se rozhodl nevyřešit žádné zásadní problémy s existující technologií zobrazení, ale usilovat o menší pixely pro použití v nositelném, materiál s nízkou spotřebou, tenký a citlivý na okolní světlo.
"Nyní, když máme tyto pěkné barvy, " říká v e-mailu, "přemýšlíme o všech způsobech, jak je můžeme vylepšit, a jak můžeme pracovat na kůži nano chobotnic, což je konečným cílem této spolupráce."
Podle Link by jedním ze způsobů, jak vylepšit tuto technologii, bylo partnerství s odborníky v průmyslovém zobrazovacím průmyslu. Zatímco technologie pro výrobu pixelů je velmi odlišná, tým očekává, že mnoho dalších komponentů displeje, jako například tekuté krystaly, které určují obnovovací frekvenci displeje a dobu odezvy pixelů, zůstanou stejné nebo podobné těm, které se dnes používají.
Aby bylo možné vytvořit flexibilní displej, mohou se vědci pokusit vytvořit pixely jako měřítka, aby se podkladový materiál mohl ohýbat, ale tekuté krystaly a hliníkové nanomateriály mohou zůstat ploché. K dosažení tohoto bodu však může tým potřebovat pomoc.
"Zdá se to trochu vtipné to říci, ale jednou z hlavních překážek je zmenšení velikosti části z tekutých krystalů našich displejů, " píše Link. "Vidíte velmi malé LCD obrazovky po celou dobu v technologii, ale nemáme fantastické průmyslové stroje, které by dokázaly vyrobit stroje s tak vysokou přesností a reprodukovatelností, takže to je z naší strany hlavní překážkou."
Další potenciální překážkou je replikace obrovské škály možných barev na dnešních špičkových displejích. Zatímco vědci ještě nejsou tak docela, Link vypadá přesvědčen, že jejich technologie je na úkol.
"Skvělá věc na barvě je, že existují dva způsoby, jak to udělat, " říká Link. "Například žlutá barva: Vlnová délka světla, která vypadá žlutě, je 570 nanometrů, a mohli bychom vytvořit pixel, který má pěkný ostrý pík při 570 nm a dá vám žlutou barvu." Nebo můžeme zbarvit žlutým umístěním červeného pixelu a zeleného pixelu vedle sebe, jako to, co se děje na současných displejích RGB. Pro aktivní displej je mixování RGB cestou, jak toho dosáhnout efektivně, ale pro trvalé displeje máme obě možnosti. “
Míchání RGB má viditelné nedostatky ve stávajících displejích, protože pixely jsou často viditelné pouhým okem. Ale s touto technologií budete potřebovat mikroskop, abyste je mohli vidět a zjistit, která metoda tvorby barev se používá.
Aplikace nálezu na spotřební technologii
Schopnost přesně vytvářet a manipulovat s malými pruty v malém měřítku hraje velkou roli v průlomu týmu. Získání délky nebo rozestupu těchto malých tyčinek i mírně pryč by mělo vliv na barevný výstup dokončeného displeje. Takže škálování výroby až po hromadnou výrobu těchto typů displejů by také mohlo představovat problém - alespoň na začátku. Spojení je však nadějné, ukazuje na dvě stávající výrobní technologie, které by mohly být použity k sestavení těchto druhů displejů - UV litografie, která používá vysoce energetické světlo k vytváření drobných struktur, a nanoimprintová litografie, která používá razítka a tlak (podobně jako na cestě) číslice na SPZ jsou vyraženy, ale v mikroskopickém měřítku).
"Kromě nalezení správné metody, abychom mohli modelovat větší oblasti, " říká Link, "zbytek výrobního procesu je ve skutečnosti docela jednoduchý."
Link nechtěl hádat, kdy bychom mohli vidět tyto nanoměry v komerčních displejích a zařízeních. V tomto okamžiku se on a jeho spoluobčané stále zaměřují na zdokonalování technologie směrem k jejich cíli chobotnice. Spolupráce s komerčními výrobci displejů by mohla týmu pomoci přiblížit se k tomuto cíli, ale zároveň by vedla k novým druhům displejů pro spotřební zařízení.
Možná by se skupina Link v Rice měla spojit s vědci z MIT, kteří také pracují na replikaci vlastností kůže hlavonožců. Vědci a inženýři zde nedávno předvedli materiál, který dokáže napodobit nejen barvu, ale také texturu. To bude důležitým prvkem pro vojenský cíl zviditelnit vozidla. Flexibilní displej by mohl například způsobit, aby nádrž vypadala jako skály nebo suť z dálky. Ale pokud jsou jeho strany stále hladké a ploché, bude stále vynikat při bližším zkoumání.
