Использование биологических наноструктур для создания сверхъярких светодиодов

Корейские учёные из Института передовой науки и технологии города Тэджон под руководством Ки-Хуна Чона проанализировала химические и физические свойства японских светлячков создавать свечение и усиливать световые сигналы, и попытались создать искусственный аналог подобной «лампочки».
Исследователи выяснили, что в брюшке насекомых расположены особые наноструктуры, усиливающие естественные световые сигналы и использовали полученные результаты для создания конструкции новых мощных и энергоэффективных светодиодов. Подробности научного эксперимента опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Светогенерирующими органами, жуки из семейства светляков (Lampyridae), пользуются для взаимообмена сигналами с особями противоположного пола. Крупные клетки, расположенные на конце их брюшка, вырабатывают свет, путём окисления молекул люцифрина – особого светоносного пигмента.
Люцифрин, как химическое вещество, давно известен, и изучен биологами. Реакции на его основе проводились и ранее. Но, вот остальные части конструкции природного «фонаря» светлячков слабо изучены.
На брюшке светлячков Luciola lateralis имеется прозрачный колпачок, состоящий из множества наноструктур, кутикулы которого напоминают стиральную доску. Поверхность кутикул преломляет свет с коэффициентом, близким к аналогичному показателю воздуха. Благодаря этому жук экономно тратит силы на подготовку светового сигнала, так как свет практически не находит препятствия, когда проходит хитин брюшка.
Чон и его команда сделали предположение, что данную биологическую структуру можно использовать при производстве сверхмощных светодиодов. В лабораторных условиях был создан аналог кутикулы и учёные проверили, как изменяются оптические свойства при различных параметрах наноструктур и изменении расстояния между ними.
Исследователями была изготовлена пластиковая форма с выемками, копирующими узор наноструктур светопроизводящей ткани жука. В неё залили смолу и высушили ультрафиолетом. В результате получился набор микроскопических колпачков, структура и преломляющая способность которых идентична кутикулам Luciola lateralis.
Продолжая эксперимент, Чон и его коллеги, на основе искусственных конструкций, собрали несколько светодиодов и проследили за качеством прохождения через них света. Лучшие показатели были у светодиодов, построенных на колпачках оригинальной наноструктуры, с точностью копировавших ткани брюшка светлячков. Светодиод такой конструкции пропускает до 98.3% света, что оценивается как максимально возможное.
Авторы изобретения подчеркнули, что благодаря Luciola lateralis стало возможным изготовление дешёвых линз для светодиодов большой мощности. Подобные лампы можно использовать для подсветки жидкокристаллических мониторов, в мобильных телефонах для вспышки фотокамеры, а так же в медицине, бытовых приборах освещения, автомобилестроении.