De volgende generatie lichtmanipulerende netwerken kan het voortouw nemen door ontwerpen die zijn geïnspireerd op spinnen en bladeren, volgens een nieuw rapport van twee natuurkundigen van Boston College en collega's van de South China Normal University.

Structuren die zo alledaags zijn als spinnenwebben en bladnerven laten zien dat ze kunnen leiden tot bijna optimale prestaties wanneer ze worden gekopieerd om flexibele en duurzame netwerken te creëren die kunnen worden gebruikt in opto-elektronische toepassingen zoals fotovoltaïsche apparaten en beeldschermen, rapporteerde het onderzoeksteam in een recente editie van het tijdschrift Natuurcommunicatie .

"Ons idee is vrij eenvoudig en verstrekkend, " zei Andrzej Herczynski, universitair hoofddocent natuurkunde, een co-auteur van het rapport. "Het begint met het uitgangspunt dat natuurlijke vormen kant-en-klare oplossingen bieden voor efficiënte ontwerpen, miljoenen jaren getest door natuurlijke selectie."

Een netwerkontwerp geïnspireerd op de aderachtige structuur van een blad diende als een effectieve elektrode voor zonnecellen, lichtbronnen en transparante kachels, onder andere toepassingen, meldde het team.

"Deze natuurlijke structuur is geoptimaliseerd door het evolutionaire proces voor een efficiënte levering van voedingsstoffen met maximale kracht en lichte oogst, " zei co-auteur Boston College Professor of Physics Krzysztof Kempa. "In onze aanvraag, deze eigenschappen vertalen zich in zeer efficiënt stroomtransport, gewenste mechanische eigenschappen, en minimale lichtschaduw."

Een tweede netwerk, puttend uit dezelfde ontwerpen die spinnenwebben tot effectieve vallen voor insecten en insecten maken, dient als een efficiënte manier om licht door een opto-elektronisch apparaat te trekken. Het netwerk zou vanwege zijn extreme flexibiliteit een potentiële toepassing kunnen vinden in aanraakschermen en displaypanelen van de volgende generatie, aanzienlijke mechanische sterkte, "stealth" transparantie en hoge mate van uniformiteit, aldus de onderzoekers.

Een van de belangrijkste voordelen van deze twee voorgestelde methoden zijn de lage kosten en de eenvoud van het fabricageproces.

De onderzoekers zeiden dat ze verrast waren door de superieure prestaties van de netwerken in experimentele scenario's. Beide leverden een viervoudige toename van elektro-optische eigenschappen op, of het referentiecijfer van verdienste. Verder, het spinnenwebontwerpnetwerk kan tot 25 procent worden uitgerekt zonder prestatieverlies en ziet slechts een minimale afname wanneer het wordt uitgerekt tot 100 procent van zijn oorspronkelijke grootte, meldde het team.

"Geen enkel ander elektrodennetwerk kan meer dan 10 procent worden uitgerekt, " zei Kempa. Andere leden van het onderzoeksteam waren University of Houston Prof. Zhifeng Ren en South China Normal University Prof. Jinwej Gao en zijn onderzoeksteam.

De onderzoekers zeggen dat de specifieke netwerkpatronen die ze hebben voorgesteld de efficiëntie van zonnecellen en de prestaties van een nieuwe generatie flexibele, duurzame touchscreens en displays.

"Het verhogen van de efficiëntie van zonnecellen, vooral, is een cruciaal onderdeel in de zoektocht naar hernieuwbare energiebronnen, een grote duurzaamheids- en ecologische uitdaging, "zei Herczynski. "Flexibele monitoren en displays zullen waarschijnlijk steeds belangrijker worden voor mogelijke toepassingen als draagbare schermen en elastische smartphones."