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

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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。