La technologie s’inspire des papillons pour un éclairage optimal

La technologie s'inspire des papillons pour un éclairage optimal

Lorsque vous observez les papillons Morpho vaciller en vol, scintillant d’une couleur bleue éclatante, vous êtes témoin d’une forme inhabituelle de couleur structurelle que les chercheurs commencent tout juste à utiliser dans des technologies d’éclairage telles que les diffuseurs optiques. Par ailleurs, conférer une capacité d’auto-nettoyage à de tels diffuseurs minimiserait les salissures et les taches et maximiserait l’utilité pratique.

Dans une étude récemment publiée dans Advanced Optical Materials, des chercheurs de l’Université d’Osaka ont développé un diffuseur de lumière nanostructuré hydrofuge qui surpasse la fonctionnalité des autres diffuseurs courants. Ce travail pourrait aider à résoudre les dilemmes d’éclairage courants dans les technologies modernes.

La couleur structurelle et les défis de l’éclairage

Un éclairage standard peut finalement devenir fatigant car il éclaire de manière inégale. Ainsi, de nombreuses technologies d’affichage utilisent des diffuseurs optiques pour rendre la sortie de lumière plus uniforme. Les diffuseurs optiques conventionnels réduisent la sortie de lumière, ne fonctionnent pas bien pour toutes les couleurs émises, ou nécessitent un effort spécial pour être nettoyés.

Les papillons Morpho sont une source d’inspiration pour l’amélioration des diffuseurs optiques. Leur architecture multicouche disposée de manière aléatoire permet une couleur structurelle : dans ce cas, une réflexion sélective de la lumière bleue sur un angle ≥±40° par rapport à la direction de l’éclairage.

Une nouvelle approche inspirée de la nature

L’objectif du travail présent est d’utiliser cette inspiration de la nature pour concevoir un diffuseur optique simplifié qui a à la fois une haute transmittance et une large dispersion angulaire, fonctionne pour une gamme de couleurs sans dispersion, se nettoie par un simple rinçage à l’eau, et peut être façonné avec des outils de nanofabrication standard.

« Nous créons des nanopatterns bidimensionnels – dans un élastomère transparent commun de polydiméthylsiloxane – de hauteur binaire mais de largeur aléatoire, et les deux surfaces ont des échelles structurelles différentes », explique Kazuma Yamashita, auteur principal de l’étude. « Ainsi, nous rapportons un diffuseur optique efficace pour la lumière à courte et longue longueur d’onde. »

Image : Conception et lumière diffusée pour les diffuseurs anisotropes (à gauche) et isotropes (à droite) de type Morpho. Il présente des fonctionnalités optiques et des propriétés antisalissures élevées, qui n’ont pas été réalisées jusqu’à présent dans un seul dispositif. Credit : K.Yamashita, A.Saito

Des résultats prometteurs

Les chercheurs ont adapté les motifs des surfaces du diffuseur pour optimiser les performances pour la lumière bleue et rouge, et leurs propriétés autonettoyantes.

La transmittance de la lumière mesurée expérimentalement était >93% sur tout le spectre de la lumière visible, et la diffusion de la lumière était substantielle et pouvait être contrôlée en forme anisotrope : 78° dans la direction x et 16° dans la direction y (valeurs similaires à celles calculées par simulations). Les surfaces repoussaient fortement l’eau dans les expériences d’angle de contact et d’auto-nettoyage.

En synthèse

Ce travail souligne que l’étude du monde naturel peut fournir des idées pour l’amélioration des dispositifs de tous les jours ; dans ce cas, les technologies d’éclairage pour les affichages visuels. Le fait que le diffuseur soit constitué d’un matériau bon marché qui se nettoie essentiellement lui-même et peut être facilement façonné avec des outils courants pourrait inspirer d’autres chercheurs à appliquer les résultats de ce travail à l’électronique et à de nombreux autres domaines.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la couleur structurelle ?

La couleur structurelle est une forme de couleur qui est produite par la microstructure d’un objet plutôt que par des pigments. Les papillons Morpho, par exemple, ont une couleur bleue éclatante qui est le résultat de la réflexion sélective de la lumière par leur structure multicouche.

Quels sont les problèmes avec l’éclairage standard ?

L’éclairage standard peut devenir fatigant car il éclaire de manière inégale. C’est pourquoi de nombreuses technologies d’affichage utilisent des diffuseurs optiques pour rendre la sortie de lumière plus uniforme.

Qu’est-ce qu’un diffuseur optique ?

Un diffuseur optique est un dispositif qui disperse la lumière dans différentes directions. Cependant, les diffuseurs optiques conventionnels ont plusieurs inconvénients, comme une réduction de la sortie de lumière et une performance médiocre pour toutes les couleurs émises.

Comment les chercheurs ont-ils amélioré les diffuseurs optiques ?

Inspirés par les papillons Morpho, les chercheurs de l’Université d’Osaka ont développé un diffuseur optique nanostructuré hydrofuge. Ce diffuseur a une haute transmittance et une large dispersion angulaire, fonctionne pour une gamme de couleurs sans dispersion, se nettoie par un simple rinçage à l’eau, et peut être façonné avec des outils de nanofabrication standard.

Quels sont les résultats de cette recherche ?

Les chercheurs ont réussi à créer un diffuseur optique qui a une transmittance de la lumière de plus de 93% sur tout le spectre de la lumière visible. De plus, le diffuseur a des propriétés autonettoyantes et repousse fortement l’eau.

L’article intitulé “Development of a high-performance, anti-fouling optical diffuser inspired by Morpho butterfly’s nanostructure” a été publié dans Advanced Optical Materials à l’adresse suivante : https://doi.org/10.1002/adom.202301086.

[ Rédaction ]

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