モルフォ蝶のナノ構造発色に学ぶ新たな透過光材料の開発

借鉴大闪蝶纳米结构显色技术开发新型透光材料

基本信息

批准号：
22KJ2063
负责人：
山下和真
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、昨年度試作したモルフォ型ディフューザーに残された2つの課題「拡散光に生じた十字輝線」、「角度広がりの不足」の解消を目指し、表面ナノパターンの構造設計を見直し再度試作を行った。さらに、本ディフューザーの実用化に向けて、構造パラメータ調整による拡散角と異方性の制御、ロータス効果（ハスの葉表面のナノ凹凸構造に基づく撥水効果）の導入による自浄作用の付与も行った。具体的には以下の通りである。【ナノパターンの設計変更】拡散光の十字輝線は矩形構造からの回折に起因し、長方形を格子状に並べたパターン設計が原因と考えられたため、非格子状のパターン設計を新たに導入した。また、角度広がりに関しては、ナノパターンの最小寸法を約350 nmから300 nmに微細化することで回折の効果を高め、「角度広がりFWHM ≧ 80°」の実現を目指した。さらに拡散角と異方性の制御のため、異方パターン（FWHM ~ 80° x 20°）と等方パターン（FWHM ~ 80° x 80°）の2種類のナノパターンを考案し、FDTDシミュレーション（電磁場数値計算）を用いて光学設計を行った。【ロータス効果の導入】本ディフューザーは表面ナノパターンでの回折広がりに基づくため、表面汚染に伴う特性劣化が懸念される。そこで、疎水性樹脂でかつナノインプリントに適用できるPDMS（ポリジメチルシロキサン）で表面ナノパターンを形成することで、ロータス効果により撥水性を付与し、自浄作用による防汚特性の発現を試みた。電子線リソグラフィとナノインプリントによる試作の結果、十字輝線のない均質な光拡散と優れた光学特性「透過率 ~ 90%、角度広がりFWHM ~ 80°、波長分散なし」が得られ、目標としていた性能値を達成した。さらに、防汚特性に関しては水接触角 ~ 130°の撥水性と砂粒の自浄作用が確認できた。

今年，我们修改了表面纳米图案的结构设计并复制了原型，旨在解决我们去年原型的形态扩散器中遗留的两个问题：“扩散光中出现的交叉线” ”和“角展不足”。此外，为了将该扩散器投入实际使用，我们通过调整结构参数来控制扩散角度和各向异性，并通过引入莲花效应（基于纳米粗糙结构的拒水效应）增加自清洁效果。荷叶表面）。具体而言，详细如下。 [纳米图案设计的变化] 漫射光的交叉发射线是由矩形结构的衍射引起的，人们认为矩形以格子图案排列的图案设计是原因，因此一种新的非格子图案设计被引入。关于角展，我们的目标是通过将纳米图案的最小尺寸从大约 350 nm 减小到 300 nm 来提高衍射效果，实现“角展 FWHM ≥ 80°”。此外，为了控制扩散角和各向异性，我们设计了两种类型的纳米图案：各向异性图案（FWHM ~ 80° x 20°）和各向同性图案（FWHM ~ 80° x 80°），并进行了FDTD模拟（使用电磁场数值计算进行光学设计。 [引入莲花效应] 由于该扩散器基于表面纳米图案上的衍射扩散，因此存在由于表面污染而导致特性劣化的担忧。因此，通过使用可应用于纳米压印的疏水性树脂PDMS（聚二甲基硅氧烷）在表面形成纳米图案，我们尝试通过莲花效应赋予防水性，并通过自清洁来开发防污性能。通过使用电子束光刻和纳米压印技术进行原型制作，我们实现了无交叉发射线的均匀光扩散以及“透过率~90%、角展FWHM~80°、无波长色散”的优异光学特性。我们所达到的目标。此外，关于防污性能，水接触角~130°的防水性和砂粒的自清洁作用得到证实。