Đổi mới: Ngụy trang của loài mực truyền cảm hứng cho màn hình siêu nét
Các nhà sinh học và nghiên cứu viên về công nghệ nano tại Đại học Rice đã và đang làm việc không mệt mỏi trong một dự án do Hải quân Hoa Kỳ tài trợ nhằm phát triển một loại vật liệu có thể thích ứng trực quan với môi trường xung quanh theo thời gian thực, giống như một số loài mực và các loài chân đầu khác. Mục tiêu của họ là chế tạo tàu, xe cộ và cuối cùng là binh lính gần như vô hình.
Mô phỏng da mực để tạo ra màn hình độ phân giải cao
Lấy cảm hứng từ khả năng ngụy trang đáng kinh ngạc của da mực, các nhà khoa học đã phát triển một màn hình linh hoạt, độ phân giải cao và tiết kiệm điện có thể mô phỏng môi trường xung quanh một cách chân thực. Công nghệ đột phá này liên quan đến việc tạo ra từng điểm ảnh riêng lẻ (những chấm màu nhỏ tạo nên hình ảnh trên TV và điện thoại thông minh) vô hình đối với mắt người. Sử dụng các nanorod nhôm được thiết kế chính xác, các nhà nghiên cứu đã đạt được khả năng tái tạo màu sắc sống động trong các điểm ảnh nhỏ hơn 40 lần so với các điểm ảnh có trong màn hình hiện nay.
Nguyên lý hoạt động
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là lắng đọng chùm electron để tạo ra các mảng nanorod và điểm ảnh có kích thước micromet. Những điểm ảnh nhỏ xíu này tạo ra màu sắc tươi sáng mà không cần sử dụng thuốc nhuộm, vốn có thể phai màu theo thời gian. Màu sắc của từng điểm ảnh được tinh chỉnh bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa các thanh hoặc chiều dài của chúng.
Khi ánh sáng chiếu vào các nanorod, chúng sẽ tán xạ ở các bước sóng cụ thể, tạo ra màu sắc mong muốn. Bằng cách kiểm soát chính xác sự sắp xếp và chiều dài của các nanorod xung quanh, nhóm nghiên cứu có thể điều khiển cách ánh sáng phản xạ xung quanh, thu hẹp phổ ánh sáng khả kiến phát ra từ mỗi điểm ảnh. Ngoài ra, những điểm ảnh plasmon này sẽ sáng hơn hoặc tối hơn tùy thuộc vào ánh sáng xung quanh, tương tự như màu sắc trong kính màu. Tính năng này hứa hẹn tạo ra màn hình tiết kiệm điện hơn, dễ chịu hơn cho mắt.
Ưu điểm và thách thức
Ưu điểm:
- Điểm ảnh nhỏ hơn cho màn hình có độ phân giải cao hơn
- Tái tạo màu sắc sống động mà không cần thuốc nhuộm
- Điểm ảnh plasmon tiết kiệm năng lượng và thân thiện với mắt
- Vật liệu nanô nhôm giá rẻ và dễ gia công
Thách thức:
- Mở rộng quy mô sản xuất để sản xuất hàng loạt
- Tái tạo gam màu rộng lớn trong các màn hình cao cấp hiện nay
- Tích hợp với các thành phần màn hình hiện có, chẳng hạn như tinh thể lỏng
Các ứng dụng tiềm năng trong Công nghệ tiêu dùng
Khả năng thao tác chính xác các thanh ở cấp độ nano rất quan trọng đối với bước đột phá này. Sự thay đổi nhỏ về chiều dài hoặc khoảng cách giữa các thanh này có thể ảnh hưởng đáng kể đến đầu ra màu sắc của màn hình. Việc mở rộng quy mô sản xuất để sản xuất hàng loạt những loại màn hình này đặt ra một thách thức, nhưng các nhà nghiên cứu vẫn lạc quan. Họ chỉ ra các công nghệ hiện có như quang khắc UV và quang khắc nano có thể được điều chỉnh cho mục đích này.
Khi những thách thức về sản xuất được khắc phục, màn hình điểm ảnh ở cấp độ nano có khả năng cách mạng hóa các thiết bị tiêu dùng. Chúng hứa hẹn mang đến những màn hình siêu nét, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với mắt trên TV, điện thoại thông minh và các thiết bị điện tử khác.
Cộng tác và định hướng tương lai
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Rice đang tìm kiếm sự hợp tác với các nhà sản xuất màn hình thương mại để đưa công nghệ này đến gần hơn với các ứng dụng thực tế. Sự hợp tác như vậy có thể dẫn đến các loại màn hình mới cho các thiết bị tiêu dùng và thúc đẩy sự phát triển của công nghệ ngụy trang giống mực cho các ứng dụng quân sự.
Các nhà nghiên cứu tại MIT cũng đang nghiên cứu về việc tái tạo các đặc tính của da chân đầu, bao gồm không chỉ màu sắc mà cả kết cấu. Tính năng này sẽ rất quan trọng đối với các ứng dụng quân sự, vì màn hình linh hoạt có thể mô phỏng kết cấu của đá hoặc đất đá có thể khiến xe cộ trở nên vô hình ở cự ly gần.
Tương lai của công nghệ màn hình rất tươi sáng, với nguồn cảm hứng đến từ những bậc thầy ngụy trang trong tự nhiên. Điểm ảnh ở cấp độ nano và màn hình thích ứng hứa hẹn sẽ biến đổi trải nghiệm hình ảnh của chúng ta và mở ra những khả năng mới cho cả thiết bị điện tử tiêu dùng và các ứng dụng quân sự.
