Светлячки вдохновили инженеров на создание сверхъярких светодиодов

Прототипы светодиодов с гладкой (слева) и структурированной (справа) поверхностью. Схема строения брюшка светлячков и нового светодиода (внизу). Иллюстрации из статьи Jae-Jun Kim et al., PNAS 2012

Корейские инженеры изучили наноструктуру брюшка светлячков и создали на ее основе поверхность повышенной прозрачности для использования в составе светодиодов. Работа ученых опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Биолюминесцентные органы у светлячков расположены на нескольких сегментах брюшка и имеют три основных слоя: фотогенерирующий, отражающий и внешний кутикулярный слой. На поверхности последнего имеются характерные складки со средним размером около 150 нанометров. Ученые установили, что особая наноструктура этого последнего слоя делает его более прозрачным для излучаемого света, чем если бы он был совершенно гладким.

Авторы решили применить подобную структуру рассеивающей поверхности для создания более эффективных светодиодов. Для этого исследователи сначала разработали математическую модель, которая позволяла оптимизировать размеры микроскопических выступов под нужную длину волны света. Затем при помощи литографии инженеры изготовили матрицу-штамп, который заливался полимером, близким по коэффициенту преломления света к хитиновой кутикуле жуков. В результате, авторам удалось добиться повышения прозрачности поверхности светодиода с 94 до 98 процентов.

Особая микроструктура поверхности способна повлиять не только на оптические, но и на химические свойства материала, причем иногда - одновременно. Так, недавно инженеры представили стекло, которое благодаря микроскопическим выступам на поверхности не отражает бликов и не адсорбирует пыль и грязь. Другой группе исследователей используя подобные выступы несколько иной формы удалось изготовить крайне водо- и грязеотталкивающую, омнифобную поверхность.