Los científicos han encontrado una manera de producir películas transparentes de gran área cuyas nanoestructuras están inspiradas en la estructura del ojo de la polilla. Crédito:Ian Lindsay en Pixabay
Hay muchos problemas humanos que los científicos e ingenieros han resuelto extrayendo ideas directamente de los biomecanismos que se encuentran en otras formas de vida. desde Velcro hasta los famosos trenes bala de Japón, el Shinkansen. Por lo tanto, No debería sorprendernos saber que muchos avances notables en el revestimiento antirreflectante se inspiraron en las bioestructuras peculiares que se encuentran en los ojos de las polillas.
Como animales principalmente nocturnos que desean mantenerse ocultos de los depredadores, las polillas han evolucionado para desarrollar ojos que no reflejan. Sus ojos tienen una estructura nanométrica periódica que clasifica la superficie del ojo, a diferencia de pulido. Esto hace que la mayor parte de la luz incidente se doble en la superficie y, por lo tanto, transmitirse a través del ojo en lugar de reflejarse en él. Esta estructura en matriz a nanoescala es tan eficaz que los investigadores han intentado imitarla utilizando otros materiales para crear revestimientos antirreflectantes con diversos grados de éxito.
Sin embargo, a pesar de los recientes avances en nanociencia que permiten la adopción de esta idea para diversas aplicaciones prácticas, todavía hay barreras que superar en términos de escalabilidad y costo de fabricación. Para abordar estos problemas, científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio y Geomatec Co., Limitado., Japón, han estado trabajando en una nueva estrategia para producir nanoestructuras de ojos de polilla y películas transparentes. En su último estudio, publicado en Ingeniería micro y nano , presentan un método prometedor para fabricar moldes y películas de ojos de polilla a gran escala.
Imágenes de microscopía electrónica de barrido de una película fina antirreflectante producida utilizando el molde nanoestructurado bioinspirado. Crédito:Jun Taniguchi, Universidad de Ciencias de Tokio
Aunque este equipo de investigación había logrado previamente crear moldes de ojos de polilla hechos de carbono vítreo grabado con un haz de iones de oxígeno, este enfoque no fue escalable. "La producción de sustratos de carbono vítreo requiere el uso de tecnología de pulvimetalurgia, que es difícil de usar para producir moldes con un área grande, "explica el profesor Jun Taniguchi de la Universidad de Ciencias de Tokio, "Para superar esta limitación, intentamos usar solo una capa delgada de carbono vítreo depositada sobre un sustrato de vidrio regular grande ".
Es más, para hacer viable esta nueva estrategia, el equipo optó esta vez por utilizar un sistema de plasma acoplado inductivamente (ICP) en lugar de la fuente de iones de resonancia de electrones ciclotrón utilizada anteriormente. Si bien ambos dispositivos pueden grabar carbono vítreo utilizando un haz concentrado de iones de oxígeno, La tecnología ICP produce un rango de irradiación de haz de iones más amplio, que es más adecuado para trabajar en estructuras de gran superficie.
Después de probar con diferentes parámetros de ICP, Los investigadores determinaron que un proceso de grabado ICP de dos pasos era lo mejor para obtener un molde nanoestructurado de alta calidad. Luego, utilizaron este molde para producir una película transparente con una nanoestructura de ojo de polilla utilizando una resina curable por UV.
Propiedades ópticas de la película de ojo de polilla comparadas con las de una muestra sin el patrón nanoestructurado. Tanto la transmitancia como la reflectancia son mejoradas por la estructura de ojo de polilla, demostrando sus propiedades anti-reflectantes. Crédito:Jun Taniguchi, Universidad de Ciencias de Tokio
Las propiedades ópticas de esta película fueron notables; su reflectancia hacia la luz en el rango visible fue solo del 0,4%, 10 veces más bajo que el de una película similar sin la nanoestructura de ojo de polilla. Y lo que es más, también se incrementó la transmitancia de la luz a través del material, lo que significa que no se produjo ningún compromiso en las propiedades ópticas como resultado del uso de la película para reducir la luz reflejada.
Sr. Hiroyuki Sugawara, director técnico de Geomatec, destaca las numerosas aplicaciones posibles de este tipo de películas antirreflectantes si fuera posible producirlas a escala de metro:"Podríamos utilizar estas películas para mejorar la visibilidad en pantallas planas, señales digitales, y las placas acrílicas transparentes utilizadas en todas partes desde el inicio de la pandemia COVID-19. Es más, El revestimiento antirreflectante también podría ser una forma eficaz de mejorar el rendimiento de los paneles solares ".
Este estudio muestra cómo expandir los usos de estructuras inspiradas biológicamente al hacer que su fabricación sea más fácilmente escalable. Estos avances también podrían ayudar a preservar la naturaleza para que podamos seguir obteniendo ideas útiles de otras especies.
