Berta Sándor
Természet által inspirált felületek 3D-nyomtatóval
A tudósok egy nagy pontosságú 3D-nyomtatási technika segítségével utánozták egy lepke szerkezeti színét.
Annak érdekében, hogy szélsőséges élőhelyeken is életben maradhassanak, sok állat és növény az evolúció során olyan képességeket fejlesztett ki, amelyeket csak a filmek szuperhőseiből ismerhetünk. Ezek többnyire a felületük rendkívüli tulajdonságain alapulnak. E tulajdonságok utánzása megfelelő technológiával nagy lehetőségeket rejt magában új termékek kifejlesztése vagy műszaki problémák megoldása érdekében. Egy bochumi és kieli kutatócsoportnak sikerült a híres azúrlepkék szerkezeti színét utánoznia egy nagy pontosságú 3D-nyomtatási technika segítségével. A szakemberek most számoltak be az úgynevezett kétfotonos polimerizációval, röviden 2PP-vel kapcsolatos eredményeikről.
A 2PP egy lézer alapú nyomtatási eljárás, amely fényérzékeny gyanták háromdimenziós feldolgozását teszi lehetővé. A hagyományos nyomtatási technikáktól eltérően a virtuális számítógépes modellek segítségével összetett 3D-szerkezetek hozhatók létre tartószerkezetek nélkül. Ebben az összefüggésben az egyes szerkezeti jellemzők akár 100 nanométernél kisebbek is lehetnek. Ez körülbelül az emberi hajszál vastagságának ezredrészének felel meg.
A 2PP nyomtatási technikával a szakembereknek sikerült mikro- és nanométeres szinten hierarchikusan felépített struktúrákat előállítaniuk, amelyek az azúrlepkék szerkezeti színét és rendkívüli optikai tulajdonságait utánozzák. A lepkéknél a színt a szárnyfelületükön található apró, fenyőfához hasonló szerkezetek okozzák. A fény és a fenyők közötti összetett fizikai jelenségek is lehetővé teszik, hogy a kék színt szinte szögtől függetlenül érzékeljük. "Ez azért meglepő, mert a színek általában szivárványszerűnek tűnnek, amikor hasonló fizikai jelenségek, például a fény struktúrákon való megtörése révén jönnek létre" - emelte ki Gordon Zyla társszerző.
A mostani munkában a tudósoknak sikerült úgy áttervezniük a pillangó ihlette szerkezeteket, hogy az így kapott szögérzékeny kék színt egyenletesen vagy csak bizonyos irányokból lehessen megfigyelni. Ennek érdekében először egy lepke szárnyfelületének optikai tulajdonságait és morfológiáját elemezték a Christian Albrechts Egyetemen. Ebből arra következtettek, hogy a korábban kifejlesztett struktúráik geometriájának megváltoztatásával csak a mikroszinten tudják szabályozni a szögérzékeny szín megjelenésének irányát, de nanoszinten továbbra is utánozzák a pillangó struktúráit.
A szerzők által javasolt újszerű konstrukciók alkalmasak például rendkívül összetett hamisítás elleni jellemzők előállítására. Munkájuk a 2PP-eljárásban rejlő nagy lehetőségeket mutatja a biomimetika kutatási területén is. Újszerű fényérzékeny anyagok felhasználásával a természetből származó funkcionális struktúrák széles skáláját lehetne ilyen módon vizsgálni a technológiában való felhasználásuk érdekében. Az állat- és növényvilágban a szuperképességek közé tartozik például a jobb tapadás vagy a különleges kopásállóság különböző más felületekhez, a szuperhidrofóbitás, amely a lótusz-hatásban figyelhető meg, vagy bizonyos színezőanyagok, amelyeket figyelmeztető jelzésekként, álcázásra vagy a szexuális kommunikációra használnak.
A biomimetika területén végzett munkában a Bochumi Ruhr Egyetem (RUB) Lézeralkalmazástechnika Tanszékének munkatársai Dr. Andreas Ostendorf professzor és Dr. Cemal Esen professzor, valamint a Kieli Christian Albrechts Egyetem (CAU) Funkcionális morfológia és biomechanika munkacsoportjának kutatói Dr. Stanislav Gorb professzor vezetésével vettek részt.
Annak érdekében, hogy szélsőséges élőhelyeken is életben maradhassanak, sok állat és növény az evolúció során olyan képességeket fejlesztett ki, amelyeket csak a filmek szuperhőseiből ismerhetünk. Ezek többnyire a felületük rendkívüli tulajdonságain alapulnak. E tulajdonságok utánzása megfelelő technológiával nagy lehetőségeket rejt magában új termékek kifejlesztése vagy műszaki problémák megoldása érdekében. Egy bochumi és kieli kutatócsoportnak sikerült a híres azúrlepkék szerkezeti színét utánoznia egy nagy pontosságú 3D-nyomtatási technika segítségével. A szakemberek most számoltak be az úgynevezett kétfotonos polimerizációval, röviden 2PP-vel kapcsolatos eredményeikről.
A 2PP egy lézer alapú nyomtatási eljárás, amely fényérzékeny gyanták háromdimenziós feldolgozását teszi lehetővé. A hagyományos nyomtatási technikáktól eltérően a virtuális számítógépes modellek segítségével összetett 3D-szerkezetek hozhatók létre tartószerkezetek nélkül. Ebben az összefüggésben az egyes szerkezeti jellemzők akár 100 nanométernél kisebbek is lehetnek. Ez körülbelül az emberi hajszál vastagságának ezredrészének felel meg.
A 2PP nyomtatási technikával a szakembereknek sikerült mikro- és nanométeres szinten hierarchikusan felépített struktúrákat előállítaniuk, amelyek az azúrlepkék szerkezeti színét és rendkívüli optikai tulajdonságait utánozzák. A lepkéknél a színt a szárnyfelületükön található apró, fenyőfához hasonló szerkezetek okozzák. A fény és a fenyők közötti összetett fizikai jelenségek is lehetővé teszik, hogy a kék színt szinte szögtől függetlenül érzékeljük. "Ez azért meglepő, mert a színek általában szivárványszerűnek tűnnek, amikor hasonló fizikai jelenségek, például a fény struktúrákon való megtörése révén jönnek létre" - emelte ki Gordon Zyla társszerző.
A mostani munkában a tudósoknak sikerült úgy áttervezniük a pillangó ihlette szerkezeteket, hogy az így kapott szögérzékeny kék színt egyenletesen vagy csak bizonyos irányokból lehessen megfigyelni. Ennek érdekében először egy lepke szárnyfelületének optikai tulajdonságait és morfológiáját elemezték a Christian Albrechts Egyetemen. Ebből arra következtettek, hogy a korábban kifejlesztett struktúráik geometriájának megváltoztatásával csak a mikroszinten tudják szabályozni a szögérzékeny szín megjelenésének irányát, de nanoszinten továbbra is utánozzák a pillangó struktúráit.
A szerzők által javasolt újszerű konstrukciók alkalmasak például rendkívül összetett hamisítás elleni jellemzők előállítására. Munkájuk a 2PP-eljárásban rejlő nagy lehetőségeket mutatja a biomimetika kutatási területén is. Újszerű fényérzékeny anyagok felhasználásával a természetből származó funkcionális struktúrák széles skáláját lehetne ilyen módon vizsgálni a technológiában való felhasználásuk érdekében. Az állat- és növényvilágban a szuperképességek közé tartozik például a jobb tapadás vagy a különleges kopásállóság különböző más felületekhez, a szuperhidrofóbitás, amely a lótusz-hatásban figyelhető meg, vagy bizonyos színezőanyagok, amelyeket figyelmeztető jelzésekként, álcázásra vagy a szexuális kommunikációra használnak.
A biomimetika területén végzett munkában a Bochumi Ruhr Egyetem (RUB) Lézeralkalmazástechnika Tanszékének munkatársai Dr. Andreas Ostendorf professzor és Dr. Cemal Esen professzor, valamint a Kieli Christian Albrechts Egyetem (CAU) Funkcionális morfológia és biomechanika munkacsoportjának kutatói Dr. Stanislav Gorb professzor vezetésével vettek részt.
