Una nueva pantalla interactiva sin contacto tridimensional (3-D) puede cambiar de color en función de la distancia del dedo del usuario a la pantalla al detectar cambios sutiles en la humedad relativa ambiental, según un nuevo estudio. La tecnología puede encontrar aplicaciones futuras en dispositivos electrónicos portátiles y máscaras electrónicas (e-skins) que imitan artificialmente la capacidad de la piel humana para detectar la presión. temperatura, y humedad. Si bien los científicos ya han desarrollado una variedad de pantallas táctiles interactivas, la mayoría de estos implican variaciones en la intensidad de la emisión de luz o la reflexión crómica en respuesta a un estímulo en lugar de cambios de color, que puede proporcionar una retroalimentación visual más llamativa y distinta.

Para desarrollar una pantalla interactiva sin contacto basada en cambios en el color estructural, Han Sol Kang y sus colegas en ciencia de materiales, nanoingeniería e ingeniería química en la República de Corea y los EE. UU., diseñó una nueva pantalla utilizando químicamente reticulado, Capas de red de hidrogel interpenetradas dentro de cristales fotónicos que responden a cambios en el vapor de agua cuando se mueve un dedo de 1 a 15 milímetros de la superficie. El proceso podría cambiar la configuración de sus estructuras superficiales para producir azul, colores verde y naranja. Luego, los investigadores demostraron la posibilidad de transferir fácilmente la película basada en cristales fotónicos de un sustrato a otro cambiándola de una superficie de silicio a un billete de un dólar impreso. Al combinar dopantes líquidos iónicos (que alteran las propiedades eléctricas de un semiconductor) como tintas de impresión, los investigadores notan aplicaciones de la tecnología para pantallas imprimibles y regrabables.

Las pantallas interactivas para el usuario (UID) facilitan la visualización de información invisible que se puede detectar, como el tacto, olor y sonido, con aplicaciones potenciales en electrónica portátil y parcheable adecuada para una sociedad futurista hiperconectada. La tremenda demanda de piel electrónica que pueda imitar artificialmente la piel humana para detectar la temperatura, La presión y la humedad han llevado al desarrollo de una variedad de pantallas táctiles interactivas con humanos. Se necesita una plataforma táctil para visualizar un estímulo sin tocar en pantallas interactivas sin contacto en 3D. Kang y col. imagina un estímulo sensible, de baja potencia modo reflectante, color estructural de rango visible (SC) de un cristal fotónico (PC) para satisfacer los requisitos de ingeniería de una pantalla táctil 3D interactiva con el usuario. Los científicos desarrollaron una pantalla interactiva sin contacto 3D imprimible que utiliza una tinta líquida iónica higroscópica con una variación de color estructural fácil en relación con la humedad. Como prueba de concepto, mostraron detección de posición en 3-D del vapor de agua que emana de un dedo humano (humedad) para una visualización sin contacto de un dedo a la película, con aplicaciones emergentes en electrónica portátil.

El equipo utilizó cristales fotónicos (PC) de copolímero de bloque 1-D autoensamblado (BCP) cuya microestructura periódica en capas se desarrolló espontáneamente tras la formación de la película. Luego desarrollaron capas de redes de hidrogel interpenetradas (IHN) químicamente reticuladas en un microdominio BCP PC. Kang y col. controló la cantidad de red de hidrogel interpenetrado en la construcción usando irradiación UV para controlar su color estructural (SC) en todo el rango visible. Utilizando fotografías de los cristales fotónicos de copolímero de bloques de red de hidrogel interpenetrados diseñados (PC IHN BCP), mostraron la variación de SC dependiente de la irradiación. La película de polímero era pseudoelástica (el material se recuperó completamente después de descargar grandes deformaciones) con excelente robustez mecánica, flexibilidad y sin pegajoso, viscoelasticidad similar a un gel en la superficie superior para que sea adecuado para la detección de estado sólido.

Kang y col. caracterizó extensamente la construcción de estado sólido utilizando dispersión de rayos X de ángulo pequeño incidente rasante (GISAXS) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Los resultados mostraron el desarrollo de estructuras cristalinas fotónicas 1-D altamente ordenadas y sus laminillas en el plano calculadas fueron consistentes con simulaciones de dominio de tiempo de diferencia finita (FDTD). Para microscopía electrónica de transmisión transversal, utilizaron muestras de cortes transversales de la película mecánicamente robusta a través de un fresado con haz de iones enfocado y observaron las diferentes capas de las laminillas del material.

Las imágenes TEM de las películas de BCP mostraron dislocaciones de tornillos (defectos en los cristales) distribuidas a lo largo de la superficie de la muestra para facilitar el transporte de agentes líquidos y oligoméricos a las películas de BCP. La película de BCP permitió que las moléculas de agua se difundieran a través de las dislocaciones de los tornillos para facilitar la detección sin contacto basada en la humedad. El equipo obtuvo propiedades mecánicas adicionales, incluido el módulo efectivo de las PC IHN BCP mediante nanoindentación. El material pseudoelástico tenía un módulo elástico efectivo de aproximadamente 5,3 GPa, como se esperaba y similar a los observados para los polímeros vítreos convencionales.

Para obtener una pantalla a todo color, Kang y col. usó una impresora de inyección de tinta para la deposición directa de una tinta conocida como bis- (trifluorometilsulfonil) -imida de L-etil-3-metilimidazolio, EMIMTFSI abreviado, en una película de PC IHN BCP. El color de la película dependía de la cantidad de EMIMTFSI depositada en una región determinada. La impresora de inyección de tinta solo requería una tinta para la deposición en la película de PC IHN BCP, que difería notablemente de una impresora de inyección de tinta comercial con rojo, verde, y tintas de tinte azul. Kang y col. Produjo una imagen de color dada programando primero la información de color apropiada en un contraste negro / gris / blanco. Como prueba de concepto, convirtieron un billete de un dólar estadounidense en un contraste en blanco y negro usando software, y reconstruyó la imagen de color estructural a todo color utilizando la impresión de inyección de tinta EMIMTFSI en una película de PC IHN BCP.

Para otras aplicaciones de la pantalla de PC IHN BCP, Kang y col. usó otro líquido iónico higroscópico llamado sal de litio bis (trifluorometilsulfonil) amina (abreviado LiTFSI). Tras la difusión de este líquido iónico en el material, el color estructural del cristal fotónico se volvió sensible a la humedad ambiental. El LiTFSI permitió la asociación con moléculas de agua para que ocurrieran variaciones de color estructural en todo el rango visible en función de la humedad. El agua absorbida podría difundirse en un proceso reversible. La configuración permitió que el dedo humano con una humedad natural cercana al 90 por ciento fuera una fuente excelente para modular el color estructural de la película de visualización. que el equipo confirmó experimentalmente. La pantalla de detección sin contacto 3-D funcionó con éxito en múltiples eventos de detección con diferentes distancias de dedo a cristal fotónico. El aumento de la capacitancia debido a la absorción de agua se aproximó a un tiempo de respuesta de 20 segundos y el cambio reversible en el color estructural duró 55 ciclos de tiempo.

De este modo, Han Sol Kang y sus colegas demostraron una pantalla de detección sin contacto 3D interactiva con el usuario basada en cristales fotónicos de copolímero en bloque con redes de hidrogel interconectadas (abreviado IHN BCP PC). La técnica de ingeniería permitió colores estructurales de rango visible completo mecánicamente suaves y robustos en una película con un módulo efectivo. El equipo combinó la película con varias tintas de impresión líquidas iónicas para crear pantallas imprimibles y regrabables para detección sin contacto en 3-D a través de capacitancia variable y cambios de color estructurales. para demostrar un nuevo enfoque para sensores de estado sólido y pantallas sin contacto 3-D.

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