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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。

This year, we will try to solve the problems of "light cross" and "angle deficiency" in the past two years, and try to solve the structural design of surface defects again. In addition, the application of this paper is to introduce the self-acting effect of the direction, structure, adjustment, dispersion angle, anisotropic control and effect (the concave and convex structure of the leaf surface, the basic water distribution effect). Specific The cross light of the rectangle structure is the cause of the folding, the rectangle lattice shape is the cause of the folding, the non-lattice shape is the cause of the folding, and the square shape is the cause of the folding. The minimum size of the lens is about 350 nm to 300 nm, and the effect of microminiaturization is high. The realization of "angle FWHM ≥ 80°" is indicated. Two kinds of optical design methods, namely, dispersion angle, anisotropic control angle (FWHM ~ 80° x 20°) and isotropic control angle (FWHM ~ 80° x 80°), were studied. FDTD was used to calculate the electromagnetic field value. [Introduction] This article is about surface pollution, surface pollution, characteristic degradation and suspense. For example, PDMS (Polymethyl Ester) can be used as a surface coating for water-based resins. For example, PDMS can be used as a surface coating for water-repellent resins. For example, PDMS can be used as a self-adhesive. The experimental results of the electron beam emission test show that the cross beam emission is homogeneous and the optical dispersion is excellent. The optical characteristics of the cross beam are: transmittance ~ 90%, angle ~ FWHM ~ 80°, wavelength dispersion ~ 80 °. Water repellency of ~ 130° water contact angle and self-absorption of sand particles are confirmed.