Drei

Sep 01, 2023

Das Team von Dr. Jaeyeon Pyo am KERI entwickelte eine Methode zum Drucken von Strukturfarben durch nanoskaligen 3D-Druck von Beugungsgittern, ausgewählt als Titelartikel für ACS Nano

Nationaler Forschungsrat für Wissenschaft und Technologie

Bild: Ein Forschungsteam am KERI, darunter Dr. Jaeyeon Pyo (rechts), hat eine nanoskalige 3D-Drucktechnologie entwickelt, um Beugungsgitter für fortschrittliche Displays herzustellenmehr sehen

Bildnachweis: Korea Electrotechnology Research Institute

Es wurde die weltweit erste 3D-Drucktechnologie entwickelt, die in transparenten Displays und AR-Geräten eingesetzt werden kann und das physikalische Phänomen der sich ändernden Hautfarbe eines Chamäleons oder der wunderschönen Federfarbe eines Pfaus umsetzt.

Dem Team von Dr. Jaeyeon Pyo am KERI ist es gelungen, ein dreidimensionales Beugungsgitter zu realisieren, das den Lichtweg auf Basis der „nanoskaligen 3D-Drucktechnologie“ präzise steuern kann. Hierbei handelt es sich um eine neuartige Technologie, die das in der Natur beobachtete Prinzip der Strukturfarbe für fortschrittliche Anzeigetechnologie nutzen kann.

Wenn Licht auf eine Mikrostruktur im Wellenlängenbereich (1/100 bis 1/1000 der Dicke eines menschlichen Haares) trifft, wird es gebeugt* und ändert seinen Weg. In Fällen, in denen die Mikrostruktur eine Regelmäßigkeit aufweist, werden bestimmte Lichtwellenlängen aufgrund der Beugung stark reflektiert, was zu unterschiedlichen Farben führt, die als „Strukturfarbe“ bekannt sind. Beispielsweise entsteht die Hautfarbe von Chamäleons in der Natur nicht durch eine Mischung mehrerer Pigmente; Vielmehr entstehen sie durch Veränderungen der Mikrostruktur, die zur Entstehung von Strukturfarben führen. Ebenso sind die schönen Farben, die man in Pfauenfedern sieht, ein Ergebnis der spezifischen Anordnung ihrer inneren Mikrostruktur.* Beugung: Ein Phänomen, bei dem Licht durch ein Loch (Lücke) gebogen oder weit verbreitet wird, wenn es auf ein Hindernis trifft.

Die Errungenschaft von KERI besteht in der Realisierung eines „Beugungsgitters“, das mithilfe der nanoskaligen 3D-Drucktechnologie die Strukturfarbe präzise steuern kann. Ein Beugungsgitter ist ein Gerät mit einer regelmäßig angeordneten Mikrostruktur zur Steuerung der Lichtbeugung. Wenn Licht darauf fällt, wird das Licht je nach Wellenlänge in unterschiedliche Richtungen reflektiert, wodurch eine bestimmte Strukturfarbe oder ein bestimmtes Spektrum entsteht. Mit anderen Worten handelt es sich um eine 3D-Drucktechnologie, die eine präzise Steuerung des Lichts für lebendige Farben ohne Farbstoffe ermöglicht.

Um die Beugung von Licht zu kontrollieren, dessen Wellenlänge nur 1/1000 der Dicke eines menschlichen Haares beträgt, ist ein sehr feines Beugungsgitter erforderlich. KERI, das über die weltweit beste nanoskalige 3D-Drucktechnologie verfügt, ist es gelungen, hochdichte Nanodraht-Beugungsgitter mit einem neuen Ansatz namens „Lateraldruck“ zu drucken.Dies geschieht durch Bewegen der 3D-Druckdüse, als würde sie nähen, um die Brückenform zu drucken(﹇).

Es wird erwartet, dass das demonstrierte Beugungsgitter in einer Vielzahl fortschrittlicher Anzeigeanwendungen eingesetzt wird. Aufgrund der Transparenz des Beugungsgitters selbst kann es in einer Vielzahl zukünftiger transparenter Displays verwendet werden, beispielsweise in intelligenten Fenstern, Spiegeln und Head-up-Displays in Automobilen. Es gibt auch viele Anwendungen für diese Technologie in AR-Geräten, die bereits Beugungsgitter als Schlüsselkomponente nutzen. Darüber hinaus können Beugungsgitter so gestaltet werden, dass sie abhängig von ihrer Verformung unterschiedliche Farben emittieren, wodurch die Technologie im Maschinenbau und in biomedizinischen Anwendungen eingesetzt werden kann, bei denen eine Deformationserkennung erforderlich ist, und das Beugungsgitter selbst kann in einer Vielzahl optischer physikalischer Forschungen eingesetzt werden.

Dr. Jaeyeon Pyo von KERI sagte, dies sei „die weltweit erste 3D-Drucktechnologie, die die gewünschte Strukturfarbe präzise an der gewünschten Stelle umsetzt, ohne Einschränkungen hinsichtlich des Materials oder der Form des Substrats.“ Er fügte hinzu, dass diese Technologie in der Lage sein wird, die formelhaften „Formfaktor“-Einschränkungen von Anzeigegeräten zu überwinden und eine Diversifizierung der Formen herbeizuführen.

Die Forschung wurde für ihre Exzellenz ausgezeichnet undveröffentlicht als Titelartikel in ACS Nano, einer führenden SCI-Zeitschrift für Materialwissenschaften, herausgegeben von der American Chemical Society.Der JCR Impact Factor, der die Wirkung einer Zeitschrift misst, liegt bei 17.100 und gehört damit zu den besten 5,7 % ihres Fachgebiets.

KERI, das die Patentanmeldung der ursprünglichen Technologie abgeschlossen hat, geht davon aus, dass dieser Erfolg große Aufmerksamkeit von Display-bezogenen Unternehmen erhalten wird, und plant, den Technologietransfer durch die Identifizierung von Unternehmen zu fördern, die diese Technologie benötigen.

Mittlerweile ist KERI ein staatlich finanziertes Forschungsinstitut, das dem National Science and Technology Research Council des Ministeriums für Wissenschaft und IKT untersteht. Diese Forschung wurde im Rahmen des KERI-Basisprojekts „Entwicklung der 4D-Drucktechnologie für integrierte Schaltkreis-/Gehäusegeräte“ entwickelt. Dr. Jaeyeon Pyo ist außerdem außerordentlicher Professor an der University of Science and Technology (UST).

ACS Nano

10.1021/acsnano.3c02236

Dreidimensionaler Druck von Strukturfarben mit einem Femtoliter-Meniskus

25. Juli 2023

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