نانوساختار فوتونیکی با تقلید از طبیعت

محققان در چین با استفاده از بال یک حشره، موفق به ساخت یک فیلم ضد انعکاسی نانوساختار شده‌اند. این گروه تحقیقاتی، با طلا تصویر معکوسی از بال جیرجیرک دشتی را ساخته‌اند، سپس از این قالب زیستی برای الگودهی مواد پلی‌متیل‌متاکریلات(PMMA) استفاده کرده‌اند.

محققان در چین با استفاده از بال یک حشره، موفق به ساخت یک فیلم ضد انعکاسی
نانوساختار شده‌اند. این گروه تحقیقاتی، با طلا تصویر معکوسی از بال جیرجیرک دشتی
را ساخته‌اند، سپس از این قالب زیستی برای الگودهی مواد پلی‌متیل‌متاکریلات(PMMA)
استفاده کرده‌اند.

در طبیعت نانوساختارهای ضد انعکاسی زیادی وجود دارد و دانشمندان برای ساخت چنین
نانوساختارهایی از قرنیه‌های چشم‌های شب‌پره و پروانه، و بال‌های جیرجیرک الهام
گرفته‌اند. مهندسان ساختارهای فوتونیکی را در لنزها، ‌شناساگرهای خیلی حساس، پیل‌های
سوختی، نمایشگرها و… به کار می‌برند. خواص ضد انعکاسی بال این جیرجیرک ـ که برای
این حشره به‌عنوان پوشش و استتاری عمل می‌کند ـ به‌واسطه یک پروفایل ضریب شکست
تدریجی در فصل مشترک بین بال و هواست. به نظر می‌رسد حضور آرایه‌ای از نوک پستانک‌های
زیر طول موج، انعکاس در زاویه‌های پهن یا محدوده‌های فرکانسی با فاکتور بالاتر از
۱۰ را کاهش می‌دهد. هر نوک پستانک ارتفاعی حدود چهارصد نانومتر و قطرهایی حدود ۶۵ و
۱۵۰ نانومتر، به‌ترتیب برای بالا و پایین آن، دارد.

تصاویر SEM از بال جیرجیرک دشتی، (الف) چشم‌انداز مقیاس بزرگ. شکل کوچک دید از بالا
را نشان می‌دهد. (ب) دید سطح مقطعی از سطوح پشتی و شکمی نوک نانوپستانک‌ها. (ج) دید
سطح مقطعی با بزرگی بیشتر.

این محققان از دانشگاه پکینگ و آکادمی فناوری‌نانو
و مهندسی چین، برای ساخت قالب زیستی خود، یک فیلم طلا را به‌صورت گرمایی روی یک
بال جیرجیرک رسوب دادند، سپس آن را در استون تمیز کردند. بال‌های جیرجیرک برای
این فرایند قالب‌سازی بسیار مناسب است. آنها عمدتاً شامل chitin( یک پلیمر
بلوری با وزن مولکولی بالا) هستند که دارای مدول یانگی است که برای باقی ماندن
ساختار اصلی بال در طول این فرایند ریخته‌گری، به‌اندازه کافی بالاست. این بال
حتی یک لایه از واکس روی لایه خارجی خود دارد که از آن به‌عنوان یک عامل ضد
چسبندگی استفاده می‌شود.

آرایه‌های نانوحفره: تصویر معکوس بال جیرجیرک که در یک فیلم طلا با ضخامت ۵۰۰
نانومتر تشکیل شده‌اند

مرحله دوم، انتقال این الگو به فیلم PMMA است، در اینجا دما خیلی مهم است. این
پلیمر ابتدا روی این قالب طلا ریخته می‌شود، سپس در یک آون تا oC90 برای ۳۰ دقیقه
گرم می‌شود. گرم کردن تا ۶۰ درجه سانتی‌گراد برای نسخه‌برداری این ساختار در فیلم
PMMA کافی نیست. برای جدا کردن این پلیمر، این محققان به‌سادگی و با استفاده از
انبرک‌های کوچکی این مواد را می‌کَنَند. فِن لین از دانشگاه پکینگ، گفت:« از این
قالب طلایی می‌توان به‌طور پیوسته برای بیش از ده‌ها بار استفاده کرد. اکنون در
آزمایشگاه‌، ما برای کاهش هزینه در جستجوی موادی برای جایگزینی PMMA در این کار،
هستیم.»
این گروه تحقیقاتی اکنون، به دنبال کاربردهایی برای این فیلم ضد انعکاسی است. آنها
می‌گویند:« اخیراً در چین یک ثبت اختراع داشته‌ایم و با بعضی از سازنده‌ها برای
توسعه یک محصول عملی مذاکره کرده‌ایم.»
نتایج این تحقیق در مجله Nanotechnology منتشر شده‌است.