A Rice Egyetem biológusai és nanotechnológiai kutatói évek óta dolgoznak egy amerikai haditengerészet által finanszírozott projekten, hogy olyan anyagot hozzanak létre, amely valós időben képes vizuálisan alkalmazkodni a környezetéhez. A cél az, hogy a hajók, járművek és végül a katonák láthatatlanná váljanak - vagy csaknem láthatatlanná váljanak - akárcsak néhány tintahal és más lábasfejű fajhoz.
A tintahal bőrével a tudósok rugalmas, nagy felbontású, kis teljesítményű kijelzőt fejlesztettek ki, amely reálisan utánozhatja a környezetét. Az új megjelenítési technológia valójában az egyes képpontok (az apró színes pontok, amelyek képezik a televízió és az okostelefon képét) láthatatlanná válnak az emberi szem számára. Pontos hosszúságú és egymástól távolságban elhelyezett alumínium-nanodordok segítségével a kutatók azt találták, hogy különféle színű élénk pontokat képesek létrehozni, amelyek 40-szer kisebbek, mint a mai TV-k pixeljei.
Hogyan működik
A Nemzeti Tudományos Akadémia (PNAS) korai kiadásában nemrégiben közzétett tanulmányban a szerzők bemutatják, hogy miként használtak egy elektronnyaláb-lerakódásnak nevezett technikát nanoród-és öt mikronos négyzet pixelek tömbjeinek elkészítéséhez - nagyjából a növény vagy penész spórájának mérete - amelyek élénk színeket eredményeznek festékek használata nélkül, amelyek idővel elhalványulhatnak. Az apró pixelek mindegyikének színe finoman beállítható úgy, hogy megváltoztatja a tömbökben lévő rudak közötti távolságot vagy az egyes rudak hosszát.
A kutatók nano-méretű pixelek sorozatát készítették, amelyek pontosan beállíthatók a különböző színekre (A). Minden pixel apró alumínium rudakból (B) álló sorozatból áll, amelyek hosszától és elrendezésétől függően különböző színűek. (Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai) (Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai) A pixel színe akkor keletkezik, amikor a fény eléri a nanorodot és szóródik egy meghatározott hullámhosszon. A környező nanoródok elrendezésének és hosszának megváltoztatásával a csapat pontosan tudja ellenőrizni, hogy a fény mikor visszapattan, szűkítve a fény spektrumát, és gyakorlatilag beállítva az egyes pixelek által kibocsátott látható fényt. A csapat által létrehozott képpontok szintén plazmonikusak, azaz világosabb és halványabbak lesznek a környező fénytől függően, hasonlóan az ólomüveg színeihez. Ez hasznos lehet kis energiaigényű kijelzők létrehozásában a fogyasztói eszközökben, amelyeknek szintén kevésbé kellene stresszt okozniuk a szemén.
Mivel a technológia elsősorban az alumíniumra támaszkodik, amely olcsó és könnyen kezelhető, az ilyen típusú kijelzőknek nem szabad meglehetősen drágának vagy rendkívül nehéz gyártaniuk.
Helyiség a fejlesztéshez
Stephan Link, a Rice Egyetem kémiai docens és a PNAS-kutatás vezető kutatója szerint a csapat nem a meglévő megjelenítési technológiával kapcsolatos alapvető problémák megoldására törekedett, hanem a kisebb pixelek felé törekszik, hogy a hordhatóban használhatóak legyenek, alacsony fogyasztású anyag, amely vékony és érzékeny a környezeti fényre.
"Most, hogy megvannak ezek a szép színek" - mondja egy e-mailben - arra gondolunk, hogy miként javíthatjuk őket, és hogyan tudunk dolgozni a nano-tintahal bőr felé, amely ennek az együttműködésnek a végső célja. "
Link szerint a technológia fejlesztésének egyik módja a kereskedelmi megjelenítőipar szakértőivel való partneri együttműködés. Noha a pixelek készítésének technológiája nagyon különbözik, a csapat elvárja, hogy a többi megjelenítõ elem, például a folyadékkristályok, amelyek meghatározzák a kijelzõ frissítési gyakoriságát és a pixel válaszidejét, változatlanok vagy hasonlóak maradjanak a manapság alkalmazottal.
Rugalmas megjelenítés érdekében a kutatók megkísérelhetik a pixeleket úgy építeni, mint a mérlegek, hogy az alapul szolgáló anyag meghajoljon, de a folyadékkristályok és az alumínium nanoráta sima maradjon. De ahhoz, hogy ezen a ponton érjünk el, a csapatnak segítségre lehet szüksége.
„Nagyon viccesnek tűnik ezt mondani, de az egyik fő akadálya a kijelzőn lévő folyadékkristályos rész méretének csökkentése” - írja Link. "Mindig nagyon apró LCD-képernyőket lát a technológiában, de nincsenek olyan divatos ipari gépek, amelyek ilyen nagy pontossággal és reprodukálhatósággal képesek előállítani a készülékeket, tehát ez komoly akadálya a mi részünknek."
Egy másik lehetséges akadály az, hogy a mai színvonalas kijelzőkben a lehető legtöbb színcsomagot megismételjük. Míg a kutatók még nem egészen ott vannak, a Link biztosnak tűnik abban, hogy technológiájuk megfelel a feladatnak.
"A színek nagyszerűsége az, hogy kétféle módon állíthatók elő" - mondja Link. „Például a sárga szín: A sárganak látszó fény hullámhossza 570 nanométer. Elkészíthetnénk egy pixelt, amelynek szép éles csúcsa van 570 nm-en, és így sárga kaphat. Vagy sárgavá tehetjük úgy, hogy egy piros és egy zöld pixelt helyezünk egymás mellé, például a jelenlegi RGB kijelzőknél. Az aktív megjelenítéshez az RGB keverés az a módszer, amellyel hatékonyan lehet működni, de az állandó megjelenítéshez mindkét lehetőség van. ”
Az RGB keverésnek látványos hátrányai vannak a meglévő kijelzőkben, mivel a képpontok gyakran szabad szemmel láthatók. De ehhez a technológiához szüksége lenne mikroszkópra, hogy megnézhesse őket, és meg tudja állapítani, melyik színteremtő módszert használják.
A megállapítás alkalmazása a fogyasztói technológiára
Az apró nano méretű rudak pontos létrehozásának és manipulálásának képessége nagy szerepet játszik a csapat áttörésében. Ha ezeknek az apró rudaknak a hosszát vagy a távolságot még kissé meg is engedik, az befolyásolja a kész kijelző színteljesítményét. Tehát a gyártás méretezése az ilyen típusú kijelzők tömeggyártásáig szintén problémát jelenthet - legalábbis eleinte. A kapcsolat azonban reményteljes, rámutatva két létező gyártási technológiára, amelyek felhasználhatók az ilyen típusú kijelzők készítésére - az UV litográfia, amely nagy energiájú fényt használ apró szerkezetek előállításához, és a nanoimprint litográfia, amely bélyegeket és nyomást használ (hasonlóan ahogy a rendszámtáblán szereplő számjegyek dombornyomott, de mikroszkopikus skálán vannak feltüntetve).
"Amellett, hogy megtaláljuk a megfelelő módszert, hogy nagyobb területeket mintázhassunk" - mondja Link -, a gyártási folyamat többi része valójában meglehetősen egyszerű. "
A Link nem akarta kitalálni, mikor láthatjuk ezeket a nano-méretű pixeleket a kereskedelmi kijelzőkben és eszközökben. Ezen a ponton ő és kutatói társai továbbra is a technológia finomítására koncentrálnak, hogy elérjék a tintahalszerű álcázás célját. A kereskedelmi kiállítókkal való együttműködés segíthet a csapatnak közelebb kerülni ehhez a célhoz, ugyanakkor újfajta kijelzőket eredményezhet a fogyasztói eszközök számára.
Lehet, hogy a Link rizscsoportjának össze kell működnie az MIT kutatóival, akik szintén a lábasfejű bőr tulajdonságainak megismétlésén dolgoznak. Az ottani tudósok és mérnökök nemrégiben demonstráltak egy olyan anyagot, amely nemcsak a színt, hanem a textúrát utánozza. Ez fontos jellemzője a katonaság azon céljának, hogy láthatatlanná tegye a járműveket. A rugalmas kijelző például a tartályt messziről szikláknak vagy törmeléknek tűnheti. De ha az oldala továbbra is sima és sima, akkor még jobban kiemelkedik a közelebbi ellenőrzés során.
