Mientras observas a las mariposas Morpho tambalearse en vuelo, brillando en un vívido color azul, eres testigo de una forma poco común de color estructural que los investigadores apenas están comenzando a utilizar en tecnologías de iluminación como los difusores ópticos. Además, impartir una capacidad de autolimpieza a dichos difusores minimizaría la suciedad y las manchas y maximizaría la utilidad práctica.
Ahora, en un estudio publicado recientemente en Advanced Optical Materials , investigadores de la Universidad de Osaka han desarrollado un difusor de luz nanoestructurado repelente al agua que supera la funcionalidad de otros difusores comunes. Este trabajo podría ayudar a resolver dilemas de iluminación comunes en las tecnologías modernas.
La iluminación estándar puede llegar a resultar agotadora porque ilumina de forma desigual. Por tanto, muchas tecnologías de visualización utilizan difusores ópticos para hacer que la salida de luz sea más uniforme. Sin embargo, los difusores ópticos convencionales reducen la salida de luz, no funcionan bien con todos los colores emitidos o requieren un esfuerzo especial para limpiarlos.
Las mariposas Morpho son una inspiración para difusores ópticos mejorados. Su arquitectura multicapa dispuesta aleatoriamente permite el color estructural:en este caso, la reflexión selectiva de la luz azul en un ángulo de ≥±40° desde la dirección de la iluminación. El objetivo del presente trabajo es utilizar esta inspiración de la naturaleza para diseñar un difusor óptico simplificado que tenga alta transmitancia y amplia dispersión angular, funcione para una gama de colores sin dispersión, se limpie con un simple enjuague con agua y se le pueda dar forma con herramientas de nanofabricación estándar.
"Creamos nanopatrones bidimensionales (en elastómero de polidimetilsiloxano transparente común) de altura binaria pero ancho aleatorio, y las dos superficies tienen diferentes escalas estructurales", explica Kazuma Yamashita, autor principal del estudio. "Por lo tanto, presentamos un difusor óptico eficaz para luz de longitud de onda corta y larga."
Los investigadores adaptaron los patrones de las superficies del difusor para optimizar el rendimiento de la luz azul y roja, y sus propiedades de autolimpieza. La transmitancia de luz medida experimentalmente fue>93% en todo el espectro de luz visible, y la difusión de luz fue sustancial y pudo controlarse en forma anisotrópica:78° en la dirección x y 16° en la dirección y (similar a los valores calculados mediante simulaciones). Además, las superficies repelieron fuertemente el agua en el ángulo de contacto y en los experimentos de autolimpieza.
"La aplicación de capas protectoras de vidrio a ambos lados del difusor óptico mantiene en gran medida las propiedades ópticas, pero protege contra rayones", dice Akira Saito, autor principal. "El vidrio minimiza la necesidad de un manejo cuidadoso e indica la utilidad de nuestra tecnología para las ventanas que aprovechan la luz natural".
Este trabajo enfatiza que estudiar el mundo natural puede proporcionar información para mejorar los dispositivos cotidianos; en este caso, tecnologías de iluminación para presentaciones visuales. El hecho de que el difusor esté hecho de un material barato que esencialmente se limpia solo y puede moldearse fácilmente con herramientas comunes podría inspirar a otros investigadores a aplicar los resultados de este trabajo a la electrónica y muchos otros campos.
Más información: Kazuma Yamashita et al, Desarrollo de un difusor óptico antiincrustante de alto rendimiento inspirado en la nanoestructura de Morpho Butterfly, Materiales ópticos avanzados (2023). DOI:10.1002/adom.202301086
Información de la revista: Materiales ópticos avanzados
Proporcionado por la Universidad de Osaka
