Прорив у технології наноструктур для кольорових дисплеїв

9 марта 2024 г., 15:05

Частинки диблок-сополімеру (dBCP), здатні динамічно змінювати форму та колір, привернули значну увагу завдяки своїй універсальності в програмованих формах і складних наноструктурах.

Однак їх застосування у фотонних системах залишається обмеженим через труднощі в досягненні достатньої кількості бездефектних фотонних шарів у масштабі десятків мікрометрів. У цьому дослідженні вчени представили новаторську демонстрацію фотонних частинок dBCP, що містять понад 300 фотонних шарів, розташованих по осі, із здатністю реагувати на зміну кольору та форми.

Підхід використовує складну взаємодію між макрофазним поділом кількох несумісних компонентів і мікрофазним поділом dBCP від мікроемульсій, що випаровуються розчинником. Зокрема, безперервне відділення фаз силіконової олії від полістирол-блок-полі(2-вінілпіридину) (PS-b-P2VP), викликане випаровуванням розчинника, сприяє анізотропному зростанню шарів PS-b-P2VP. Це призводить до утворення колоїдів Януса (частинки, що мають різні властивості складових частин, отримали свою назву на ім'я дволикого римського бога Януса), де крапля олії зливається з наноструктурованим полімерним конусом, а пластинчасті структури вирівнюються вздовж довгої осі конуса.

Науковці підкреслюють можливість точного налаштування морфології частинок і відповідної орієнтації, дисперсії та структурного колірного вікна шляхом модуляції як молекулярної маси PS-b-P2VP, так і об’ємного співвідношення між PS-b-P2VP і силіконовою олією. Крім того, оборотне набухання/розбухання фотонних колоїдів візуалізується та співвідноситься з їхніми структурними кольорами. Нарешті, в роботі демонструється потенціал цього дослідження, представляючи багатоколірний масив фотонних колоїдів і підкреслюючи можливості для застосування в розумних фотонних чорнилах і пристроях.

Розроблено новаторську технологію, яка дозволяє відображати кольори та форми в реальному часі за допомогою змін у наноструктурах. Ця інноваційна технологія, започаткована проф. Кан Хі Ку (Kang Hee Ku) та її командою в Школі енергетики та хімічної інженерії в UNIST, має потенціал зробити революцію в різних галузях, таких як розумні полімерні частинки.

Використовуючи блок-сополімери, дослідницька група досягла самоскладання фотонних кристалічних структур у великому масштабі, імітуючи природні явища, які спостерігаються в крилах метеликів і пташиному пір’ї. Відображаючи форму та напрямок наноструктур, ця технологія дозволяє візуалізувати яскраві кольори та складні візерунки в реальному часі.

Проф. Ку підкреслила важливість цього досягнення, заявивши: «Ми успішно створили сотні бездоганних фотонних кристалічних структур за допомогою автономної організації блок-сополімерів, усуваючи потребу у зовнішніх маніпуляціях».

Ключова інновація полягає у використанні полімеру, який може динамічно регулювати розмір мікроструктур у частинках у відповідь на зміни зовнішнього середовища. Використовуючи унікальні властивості блок-сополімерів полістирол-полівінілпіридин (PS-b-P2VP), структуру, форму та колір частинок можна адаптувати, повертаючи їх до початкового стану, незважаючи на зміни навколишнього середовища.

Моніторинг структурних змін у реальному часі показав, що розмір і колір мікронаноструктур адаптуються до коливань концентрації спирту або значення pH. Примітно, що частинки, отримані за допомогою цієї технології, демонструють інноваційну структуру форми «ріжка морозива», яка поєднує аспекти твердих тіл і рідин для візуалізації коливань рідини та динамічної зміни форми та кольору у відповідь на зовнішні подразники.

Проф. Ку продемонструвала впевненість щодо потенційних застосувань цього дослідження, заявивши: «Це дослідження відкриває двері для створення оптичних частинок, що самозбираються, оптимізуючи складні умови процесу, які зазвичай пов’язані з колоїдною кристалічною структурою та формуванням малюнка».

Дослідження опубліковане в журналі ACS Nano за лютий 2024 року.
                                    Прорив у технології наноструктур для кольорового дисплея реального часу