Биолози и изследователи на нанотехнологиите от Университета Райс работят от години по проект, финансиран от ВМС на САЩ, за да създадат материал, който може да се адаптира визуално към обкръжението му в реално време. Целта е да се позволи на кораби, превозни средства и евентуално войници да станат невидими - или почти невидими - подобно на някои видове калмари и други главоноги.
С кожата на калмари като техен модел учените разработиха гъвкав дисплей с ниска мощност с висока разделителна способност, който реалистично може да имитира средата му. Новата технология на дисплея всъщност прави отделните пиксели (малките цветни точки, които съставят изображението на вашия телевизор и смартфон) невидими за човешкото око. Използвайки алуминиеви нанороди с точна дължина и разстояние, изследователите откриха, че могат да създадат ярки точки с различни цветове, които са 40 пъти по-малки от пикселите, открити в днешните телевизори.
Как работи
В проучване, публикувано наскоро в ранното издание на Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), авторите илюстрират как са използвали техника, наречена отлагане на електронни лъчи, за да създадат масиви от нанороди и петмикронни квадратни пиксели - приблизително размер на спор от растение или плесен - които произвеждат ярки цветове без използването на багрила, които могат да избледнеят с течение на времето. Цветът на всеки от тези малки пиксели може да бъде фино настроен, като се променят или разстоянията между прътите в масивите, или дължините на отделните пръчки.
Изследователите създадоха масив от наномащабни пиксели, които могат да бъдат прецизно настроени на различни цветове (A). Всеки пиксел е съставен от масив от миниатюрни алуминиеви пръти (B), които в зависимост от тяхната дължина и подредба произвеждат различни цветове. (Proceedings of the National Academy of Sciences на Съединените американски щати) (Proceedings of the National Academy of Sciences на Съединените американски щати) Цветът на пиксела се получава, когато светлината удря нанородите и се разсейва при определени дължини на вълната. Чрез промяна на подредбата и дължината на околните нанороди, екипът е в състояние да контролира как светлината отскача наоколо, стеснявайки спектъра на светлината и в действителност коригира видимата светлина, която всеки пиксел излъчва. Пикселите, които екипът създаде, са също плазмонични, което означава, че стават по-ярки и по-тъмни в зависимост от заобикалящата светлина, подобно на цветовете в стъклопис. Това може да бъде полезно за създаване на дисплеи с по-ниска мощност в потребителски устройства, които също трябва да бъдат по-малко стресиращи за очите.
Тъй като технологията разчита най-вече на алуминий, който е евтин и лесен за работа, този тип дисплеи не бива да бъдат скъпоструващи или изключително трудни за производство.
Стая за подобрения
Стивън Линк, доцент по химия в Университета Райс и водещ изследовател на проучването PNAS, казва, че екипът не е имал за цел да реши фундаментални проблеми със съществуващата технология на дисплея, а да работи за по-малки пиксели за използване в носим, материал с ниска мощност, който е тънък и реагира на околната светлина.
„Сега, когато имаме тези хубави цветове“, казва той в имейл, „обмисляме всички начини, по които можем да ги подобрим, и как можем да работим за кожата на нано-калмарите, която е крайната цел на това сътрудничество.“
Според Link един от начините за подобряване на технологията е да си партнираме с експерти в индустрията за търговски дисплеи. Въпреки че технологията за създаване на пиксели е много различна, екипът очаква много от другите компоненти на дисплея, като течните кристали, които определят скоростта на опресняване на дисплея и времето за реакция на пикселите, ще останат същите или подобни на използваните днес.
За да направят гъвкав дисплей, изследователите могат да се опитат да построят пикселите като везни, така че основният материал да се огъва, но течните кристали и алуминиевият нано-масив могат да останат плоски. Но за да стигнем до този момент, екипът може да се нуждае от помощ.
„Изглежда някак смешно да го кажа, но едно основно препятствие е да намалим размера на течнокристалната част на нашите дисплеи“, пише Link. „Виждате много малки LCD екрани през цялото време в технологиите, но ние нямаме фантастичните индустриални машини, способни да правят такива с толкова висока точност и възпроизводимост, така че това е основна пречка от наша страна.“
Друго потенциално препятствие е да се възпроизведе огромният набор от цветове, възможни в съвременните дисплеи от висок клас. Макар че изследователите все още не са там, Линк изглежда сигурен, че технологията им е в крайна сметка.
„Най-голямото нещо за цвета е, че има два начина да го направите“, казва Link. „Например, цветът жълт: дължината на вълната на светлината, която изглежда жълта, е 570 нанометра и бихме могли да направим пиксел с хубав остър пик при 570 nm и да ви даде жълто по този начин. Или можем да направим жълто, като поставим червен и зелен пиксел един до друг, като това, което се прави в текущите RGB дисплеи. За активен дисплей RGB смесването е начинът да го направите ефективно, но за постоянни дисплеи имаме и двете възможности. "
RGB смесването има видими недостатъци в съществуващите дисплеи, тъй като пикселите често се виждат с просто око. Но с тази технология ще ви е необходим микроскоп, за да ги видите и да разберете кой метод за създаване на цветове се използва.
Прилагане на констатацията към потребителските технологии
Способността за прецизно създаване и манипулиране на миниатюрните наномащабни пръчки играе голяма роля в пробива на екипа. Постигането на дължината или разстоянието на тези миниатюрни пръчици дори леко изключено би повлияло на цветния изход на завършения дисплей. Така че мащабирането на производството до масово производство на тези видове дисплеи също може да представлява проблем - поне в началото. Връзката обаче е обнадеждаваща, посочвайки две съществуващи производствени технологии, които биха могли да бъдат използвани за създаването на този вид дисплеи - UV литография, която използва високоенергийна светлина за създаване на малки структури, и наноимпресионна литография, която използва печати и натиск (също като начина цифрите на регистрационния номер са релефни, но в микроскопичен мащаб).
„Освен да намерим правилния метод, така че да можем да оформяме по-големи площи, “ казва Link, „останалата част от производствения процес всъщност е доста ясна.“
Link не искаше да предполага, кога можем да видим тези наномащабни пиксели, използвани в търговски дисплеи и устройства. Към този момент той и неговите колеги изследователи все още са съсредоточени върху усъвършенстването на технологията към целта си за камуфлаж, наподобяващ калмари. Сътрудничество с търговски производители на дисплеи може да помогне на екипа да се доближи до тази цел, макар и същевременно да доведе до нови видове дисплеи за потребителски устройства.
Може би групата на Линк в Райс трябва да си партнира с изследователи от MIT, които също работят върху репликирането на свойствата на главоножната кожа. Учените и инженерите там наскоро демонстрираха материал, който може да имитира не само цвят, но и текстура. Това ще бъде важна характеристика за целта на военните да направи превозните средства невидими. Гъвкавият дисплей може например да направи резервоар да изглежда като скали или развалини отдалеч. Но ако страните му са все още гладки и плоски, тя все още ще се откроява при по-внимателно разглеждане.
