2022. szeptember 16. 16:17, Péntek
A tudósok egy nagy pontosságú 3D-nyomtatási technika segítségével utánozták egy lepke szerkezeti színét.
Annak érdekében, hogy szélsőséges élőhelyeken is életben maradhassanak, sok állat és növény az evolúció során olyan képességeket fejlesztett ki, amelyeket csak a filmek szuperhőseiből ismerhetünk. Ezek többnyire a felületük rendkívüli tulajdonságain alapulnak. E tulajdonságok utánzása megfelelő technológiával nagy lehetőségeket rejt magában új termékek kifejlesztése vagy műszaki problémák megoldása érdekében. Egy bochumi és kieli kutatócsoportnak sikerült a híres azúrlepkék szerkezeti színét
utánoznia egy nagy pontosságú 3D-nyomtatási technika segítségével. A szakemberek most számoltak be az úgynevezett kétfotonos polimerizációval, röviden 2PP-vel kapcsolatos eredményeikről.
A 2PP egy lézer alapú nyomtatási eljárás, amely fényérzékeny gyanták háromdimenziós feldolgozását teszi lehetővé. A hagyományos nyomtatási technikáktól eltérően a virtuális számítógépes modellek segítségével összetett 3D-szerkezetek hozhatók létre tartószerkezetek nélkül. Ebben az összefüggésben az egyes szerkezeti jellemzők akár 100 nanométernél kisebbek is lehetnek. Ez körülbelül az emberi hajszál vastagságának ezredrészének felel meg.
A 2PP nyomtatási technikával a szakembereknek sikerült mikro- és nanométeres szinten hierarchikusan felépített struktúrákat előállítaniuk, amelyek az azúrlepkék szerkezeti színét és rendkívüli optikai tulajdonságait utánozzák. A lepkéknél a színt a szárnyfelületükön található apró, fenyőfához hasonló szerkezetek okozzák. A fény és a fenyők közötti összetett fizikai jelenségek is lehetővé teszik, hogy a kék színt szinte szögtől függetlenül érzékeljük. "Ez azért meglepő, mert a színek általában szivárványszerűnek tűnnek, amikor hasonló fizikai jelenségek, például a fény struktúrákon való megtörése révén jönnek létre" - emelte ki Gordon Zyla társszerző.
A mostani munkában a tudósoknak sikerült úgy áttervezniük a pillangó ihlette szerkezeteket, hogy az így kapott szögérzékeny kék színt egyenletesen vagy csak bizonyos irányokból lehessen megfigyelni. Ennek érdekében először egy lepke szárnyfelületének optikai tulajdonságait és morfológiáját elemezték a Christian Albrechts Egyetemen. Ebből arra következtettek, hogy a korábban kifejlesztett struktúráik geometriájának megváltoztatásával csak a mikroszinten tudják szabályozni a szögérzékeny szín megjelenésének irányát, de nanoszinten továbbra is utánozzák a pillangó struktúráit.
A szerzők által javasolt újszerű konstrukciók alkalmasak például rendkívül összetett hamisítás elleni jellemzők előállítására. Munkájuk a 2PP-eljárásban rejlő nagy lehetőségeket mutatja a biomimetika kutatási területén is. Újszerű fényérzékeny anyagok felhasználásával a természetből származó funkcionális struktúrák széles skáláját lehetne ilyen módon vizsgálni a technológiában való felhasználásuk érdekében. Az állat- és növényvilágban a szuperképességek közé tartozik például a jobb tapadás vagy a különleges kopásállóság különböző más felületekhez, a szuperhidrofóbitás, amely a lótusz-hatásban figyelhető meg, vagy bizonyos színezőanyagok, amelyeket figyelmeztető jelzésekként, álcázásra vagy a szexuális kommunikációra használnak.
A biomimetika területén végzett munkában a Bochumi Ruhr Egyetem (RUB) Lézeralkalmazástechnika Tanszékének munkatársai Dr. Andreas Ostendorf professzor és Dr. Cemal Esen professzor, valamint a Kieli Christian Albrechts Egyetem (CAU) Funkcionális morfológia és biomechanika munkacsoportjának kutatói Dr. Stanislav Gorb professzor vezetésével vettek részt.