Rice ülikooli bioloogid ja nanotehnoloogia teadlased on aastaid töötanud USA mereväe rahastatud projekti nimel, et luua materjal, mida saaks reaalajas oma ümbrusega visuaalselt kohandada. Eesmärk on võimaldada laevadel, sõidukitel ja lõpuks sõduritel muutuda nähtamatuks või peaaegu nähtamatuks, nagu mõned kalmaari liigid ja muud peajalgsed.
Kuna mudeliks oli kalmaari nahk, töötasid teadlased välja elastse, suure eraldusvõimega väikese energiatarbega ekraani, mis suudaks selle keskkonda reaalselt jäljendada. Uus kuvatehnoloogia muudab tegelikult üksikud pikslid (pisikesed värvilised punktid, mis moodustavad teie televiisori ja nutitelefoni pildi) inimsilmale nähtamatuks. Kasutades täpse pikkuse ja vahekaugusega alumiinium nanoroode, leidsid teadlased, et need võiksid luua erivärvilisi eri värvi punkte, mis on 40 korda väiksemad kui tänapäeva telerites leiduvad pikslid.
Kuidas see töötab
Hiljuti Rahvusliku Teaduste Akadeemia ajakirja Proceedings (PNAS) esimeses väljaandes avaldatud uuringus illustreerivad autorid, kuidas nad kasutasid nanoroodide ja viie mikroni ruut-pikslite massiivide moodustamiseks tehnikat, mida nimetatakse elektronkiire sadestumiseks - umbes taime või hallituse spoori suurus - need annavad erksaid värve ilma värvaineteta, mis võivad aja jooksul tuhmuda. Nende pisikeste pikslite värvi saab peenhäälestada, varieerides massiivides olevate varraste vahekaugusi või üksikute varraste pikkusi.
Teadlased lõid hulga nanosuuruses piksleid, mida saab erinevatele värvidele täpselt häälestada (A). Iga piksel koosneb hulgast pisikestest alumiiniumist vardadest (B), mis sõltuvalt nende pikkusest ja paigutusest annavad erinevaid värve. (Ameerika Ühendriikide Riikliku Teaduste Akadeemia toimetised) (Ameerika Ühendriikide Riikliku Teaduste Akadeemia toimetised) Piksli värv saadakse siis, kui valgus tabab nanoroode ja hajutab spetsiifilisi lainepikkusi. Muutes ümbritsevate nanoroodide paigutust ja pikkust, on meeskond võimeline täpselt kontrollima, kuidas valgus ümberringi põrkub, kitsendades valguse spektrit ja kohandades tegelikult iga piksli nähtava valguse. Meeskonna loodud pikslid on samuti plasmoonsed, mis tähendab, et nad muutuvad heledamad ja tuhmimad sõltuvalt ümbritsevast valgust, sarnaselt vitraažide värvidega. See võib olla kasulik tarbijatele mõeldud seadmetes väiksema energiatarbega kuvarite loomisel, mis peaksid ka silmadele vähem stressi pakkuma.
Kuna tehnoloogia tugineb peamiselt alumiiniumile, mis on odav ja hõlpsasti töötatav, ei tohiks seda tüüpi kuvarid olla liiga kulukad ega liiga keerulised.
Arenguruum
Rice ülikooli keemia dotsent ja PNAS-i uuringu juhtivteadur Stephan Link väitis, et meeskond ei asunud lahendama olemasoleva kuvatehnoloogiaga seotud põhiprobleeme, vaid töötama väiksemate pikslite poole, mida saaks kasutada kantavates materjalides, vähese energiatarbega materjal, mis on õhuke ja reageerib ümbritsevale valgusele.
"Nüüd, kui meil on need toredad värvid, " ütleb ta meilisõnumis, "mõtleme kõigile viisidele, kuidas neid parendada ja kuidas saaksime töötada nano-kalmaaride naha poole, mis on selle koostöö lõppeesmärk."
Linki sõnul oleks üks viis tehnoloogia täiustamiseks partnerlus kaubandusliku väljapanekutööstuse ekspertidega. Kuigi pikslite tegemise tehnoloogia on väga erinev, loodab meeskond, et paljud muud ekraanikomponendid, näiteks vedelkristallid, mis määravad ekraani värskendussageduse ja pikslite reageerimise aja, jäävad samaks või sarnased täna kasutatavatega.
Paindliku ekraani tegemiseks võivad teadlased proovida piksleid üles ehitada nagu skaalasid, nii et alusmaterjal saaks painduda, kuid vedelkristallid ja alumiiniumist koosnev nanoreriks võivad jääda tasaseks. Kuid selleni jõudmiseks võib meeskond vajada abi.
"Tundub naljakas seda öelda, kuid üks suuremaid takistusi on meie väljapanekute vedelkristallosa suuruse vähendamine, " kirjutab Link. "Te näete kogu aeg tehnoloogias väga pisikesi LCD-ekraane, kuid meil pole väljamõeldud tööstuslikke masinaid, mis suudaksid selliseid ülitäpsusi ja reprodutseeritavusi teha, seega on see meie jaoks suur takistus."
Veel üks potentsiaalne takistus on tänapäevastes kõrgtasemel kuvarites võimalikult paljude värvivalikute kopeerimine. Kuigi teadlased pole veel päris kohal, näib Link kindel, et nende tehnoloogia on ülesandega hakkama saanud.
“Värvi juures on suur asi see, et selle valmistamiseks on kaks võimalust, ” ütleb Link. “Näiteks kollane värv: kollase välimusega valguse lainepikkus on 570 nanomeetrit ja me võiksime teha piksli, millel on kena terav tipp 570 nm juures, ja anda teile kollase värvi. Või saame kollaseks muuta, asetades punase ja rohelise piksli üksteise kõrvale, nagu seda tehakse praegustel RGB ekraanidel. Aktiivse kuva jaoks on RGB-segamine viis seda tõhusalt teha, kuid püsikuvarite puhul on meil mõlemad võimalused. ”
RGB segamisel on olemasolevates kuvarites nähtavaid puudusi, kuna pikslid on sageli palja silmaga nähtavad. Kuid selle tehnoloogia abil vajaksite nende nägemiseks ja eristamiseks kasutatavat mikroskoopi mikroskoopi.
Leiu rakendamine tarbijatele mõeldud tehnoloogiale
Meeskonna läbimurdes mängib suurt rolli oskus pisikesi nanomõõdulisi vardaid täpselt luua ja nendega manipuleerida. Nende pisikeste varraste pikkuse või vahekauguse pisut kergelt eemaldamine mõjutaks valmisekraani värvi väljundit. Nii et ka seda tüüpi väljapanekute masstootmiseks tootmise laiendamine masstootmisele võib vähemalt alguses probleemiks osutuda. Link on siiski lootusrikas, osutades kahele olemasolevale tootmistehnoloogiale, mida saaks kasutada sedalaadi kuvarite ehitamiseks - UV-litograafia, mis pisikeste struktuuride tootmiseks kasutab suure energiatarbega valgust, ja nanoimprint litograafia, mis kasutab templeid ja rõhku (sarnaselt viisile) numbrimärgil olevad numbrid on surutrükiga, kuid mikroskoopilisel skaalal).
"Muud kui õige meetodi leidmine, et saaksime suuremaid mustreid mustrida, " ütleb Link, "ülejäänud tootmisprotsess on tegelikult üsna sirgjooneline."
Link ei tahtnud arvata, millal võime neid nano-mõõtmelisi piksleid kasutada kommertsnäitustes ja seadmetes. Praegu keskendub ta koos kaasteadlastega tehnoloogia täiustamisele oma eesmärgi nimel - kalmaaritaolise kamuflaažini. Koostöö kaubanduslike väljapanekute tegijatega aitaks meeskonnal sellele eesmärgile lähemale jõuda, võimaldades samas ka uut tüüpi tarbijatele mõeldud kuvarite loomist.
Võib-olla peaks Lice'i rühm Rice'is ühinema MIT-i teadlastega, kes tegelevad ka peajalgsete naha omaduste kordamisega. Sealsed teadlased ja insenerid demonstreerisid hiljuti materjali, mis suudab jäljendada mitte ainult värvi, vaid ka tekstuuri. See on oluline funktsioon sõjaväe eesmärgis muuta sõidukid nähtamatuks. Paindlik ekraan võib näiteks paagi kaugelt välja nägema nagu kivid või killustik. Kuid kui selle küljed on endiselt siledad ja tasased, paistab see lähemal vaatlusel siiski silma.
