2023年8月10日,據(jù)資源庫了解,全球首個(gè)適用于透明顯示器和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)設(shè)備的3D打印技術(shù)已被研發(fā)出來,實(shí)現(xiàn)了類似變色龍改變膚色或孔雀美麗羽毛變色的物理現(xiàn)象。
納米光子3D打印機(jī)用于制造先進(jìn)顯示器的衍射光柵,圖片來自:韓國(guó)電工研究院
韓國(guó)電子與通信研究院(KERI)的Jaeyeon Pyo博士團(tuán)隊(duì),基于"納米級(jí)3D打印技術(shù)"成功實(shí)現(xiàn)了能夠精確控制光路的三維衍射光柵。這一創(chuàng)新技術(shù)利用自然界中的結(jié)構(gòu)色原理,實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的顯示技術(shù)。該研究成果已被選為ACS Nano封面文章。
當(dāng)光線遇到微觀結(jié)構(gòu),其波長(zhǎng)級(jí)別通常相當(dāng)于人類頭發(fā)厚度的1/100到1/1000,會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象并改變光線路徑。當(dāng)微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)規(guī)則排列時(shí),特定波長(zhǎng)的光線會(huì)因衍射而反射,產(chǎn)生獨(dú)特的“結(jié)構(gòu)色”。例如,在自然界中,變色龍的膚色不是由多種色素的混合物引起的,相反,它來自皮膚表層微觀結(jié)構(gòu)的變化,從而導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)色的產(chǎn)生。同樣,孔雀羽毛中美麗的顏色也是其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)特定排列的結(jié)果。
KERI的成就是實(shí)現(xiàn)了“衍射光柵”的納米級(jí)3D打印,它可以精確控制結(jié)構(gòu)顏色。衍射光柵是一種具有規(guī)則排列的微觀結(jié)構(gòu)的裝置,用于控制光的衍射。當(dāng)光線照射在其上時(shí),光線會(huì)根據(jù)波長(zhǎng)以不同的路徑反射,從而產(chǎn)生特定的結(jié)構(gòu)顏色或光譜。換句話說,通過該3D打印技術(shù),可以精確控制光線而無需染料即可實(shí)現(xiàn)生動(dòng)的著色。
為了控制波長(zhǎng)只有人類頭發(fā)粗細(xì)1/1000的光的衍射,需要極其精細(xì)的衍射光柵。KERI運(yùn)用世界領(lǐng)先的納米級(jí)3D打印技術(shù),通過一種稱為“橫向打印”的新方法,成功打印了高密度的納米線衍射光柵。這一過程類似于縫紉,通過移動(dòng)3D打印噴嘴,以打印橋梁狀結(jié)構(gòu)。
KERI的納米級(jí)結(jié)構(gòu)著色3D打印技術(shù)作為ACS Nano的封面文章發(fā)布,圖片來自:韓國(guó)電工研究院
該衍射光柵還有望用于各種高級(jí)顯示應(yīng)用。比如考慮到衍射光柵本身的透明度,它可以用于未來的各種透明顯示器,例如智能汽車窗戶、鏡子和平視顯示器。這項(xiàng)技術(shù)還可以在已經(jīng)利用衍射光柵作為關(guān)鍵組件的AR設(shè)備中也有許多應(yīng)用。此外,衍射光柵可以根據(jù)其形變發(fā)出不同顏色的光,因此可用于需要形變檢測(cè)的機(jī)械工程和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用,并且衍射光柵本身可用于各種光學(xué)物理研究。
KERI的Jaeyeon Pyo博士表示,這是“世界上第一個(gè)能夠在所需位置精確實(shí)現(xiàn)特定結(jié)構(gòu)顏色的3D打印技術(shù),而不受基材材料或形狀的限制。這項(xiàng)技術(shù)將能夠克服顯示設(shè)備的固定“外形”的限制,,帶來形狀的多樣性?!?br />
KERI已經(jīng)申請(qǐng)了這項(xiàng)原創(chuàng)技術(shù)的專利,預(yù)計(jì)該成果將引起顯示技術(shù)相關(guān)企業(yè)的廣泛關(guān)注。他們計(jì)劃通過確定需要這項(xiàng)技術(shù)的企業(yè)來推動(dòng)技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
注:本文由資源庫編譯,原文來自phys.org,原標(biāo)題為“3D printing technology achieves precision light control for structural coloration”。
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