Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Specjaliści z Wojskowej Akademii Technicznej mają interesujący pomysł na LCD

Recommended Posts

Kolorami na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym można sterować elektrycznie, bez użycia skomplikowanych filtrów barwnych – przekonują chemicy i fizycy Wojskowej Akademii Technicznej. Badany przez nich efekt elektrooptyczny w przyszłości może znaleźć zastosowania w energooszczędnych telewizorach lub inteligentnych oknach.

Na szybie inteligentnego okna można wyświetlić lagunę albo zmieniać jej barwę tak, aby nie wpuszczała zbyt wiele ciepła i pozwalała oszczędzić na klimatyzowaniu wnętrz... Takie szyby, a także telewizory o jeszcze lepszych barwach, uzyskiwanych w prostszy technologicznie sposób – to dalekie, ale możliwe zastosowania tzw. cholesteryków z ukośną helisą.

Efekt sterowania ukośną helisą za pomocą pola elektrycznego bada dr inż. Mateusz Mrukiewicz. Naukowiec przywiózł tę wiedzę z Kent State University w Ohio i – jako jedyny specjalista tej dziedziny badań w Polsce – rozwija ją na Wydziale Nowych Technologii i Chemii WAT.

Ciekłe kryształy mają różne fazy, czyli zmieniają się w zależności od warunków, na przykład temperatury. W telewizorach LCD została zastosowana tzw. faza nematyczna ciekłych kryształów. W tej fazie cząsteczki łatwo mogą zmieniać swoją orientację po przyłożeniu pola elektrycznego.

Chiralne fazy ciekłokrystaliczne skręcają światło spolaryzowane. Naukowcy znaleźli jednak sposób uzyskiwania cząsteczek skręconych w prostej fazie nematycznej. Są to chiralne nematyki. Ich zastosowanie w tej właśnie prostej fazie mogłoby bardzo obniżyć koszty urządzeń takich jak wyświetlacze.

Skręcone (chiralne) ciekłe kryształy odbijają światło. Nazywa się to efektem selektywnego odbicia. Przez wiele lat nie można było jednak sterować kolorami, czyli długością fali odbitego światła za pomocą pola elektrycznego. Efekt był niemożliwy do osiągnięcia bez użycia skomplikowanej technologii.

Jeszcze dziesięć lat temu materiał odbijał tylko światło o danej długości fali – czyli na przykład tylko światło zielone. I, jeżeli chcieliśmy uzyskać światło czerwone, musieliśmy podgrzać ten materiał albo zmodyfikować go chemicznie. Nie mogliśmy tego zrobić w sposób natychmiastowy. Nie było po prostu takich materiałów, w które pozwalałyby uzyskać w bardzo prosty sposób barwy od ultrafioletu aż do podczerwieni – tłumaczy dr inż. Mrukiewicz.

Około 2010 r. stworzono nową klasę materiałów ciekłokrystalicznych o kształcie wygiętym, przypominającym banany. W mieszaninach tych molekuł uzyskano strukturę sprężyny, zwanej fachowo ukośną helisą. Wcześniej nie dało się tą sprężyną sterować. Dziś naukowcy potrafią ją naciskać i rozciągać. Zmieniając pole elektryczne przykładane do takiego materiału można sterować kolorem odbitego światła. Efekt sterowania ukośną helisą w nowych materiałach odkryto dopiero w 2015 roku w amerykańskim ośrodku, gdzie pracował dr Mrukiewicz.

Obecnie, w materiałach wytwarzanych w WAT badacze sterują odbiciem światła za pomocą pola elektrycznego, można powiedzieć – za pomocą baterii. Uzyskują w ten sposób bardzo szeroki zakres – od promieniowania UV do podczerwieni. Nowe materiały muszą jak najszybciej „przełączać się” na różne barwy. Naukowcy chcą, żeby efekt był jak najszybszy – po to, żeby można go było zastosować. Na razie ten czas jest zbyt długi i silnie zależy od temperatury – potrzebna jest bardzo wysoka. Pokonanie tej bariery znacznie skróci czas reakcji takiego ośrodka.

Dr Mrukiewicz zmniejszył temperaturę przejścia fazowego w ciekłym krysztale i tak dobrał skład mieszaniny, żeby można było ten efekt uzyskać w temperaturze pokojowej. Naukowiec prowadzi również badania dotyczące sterowania kolorem za pomocą światła UV oraz ustala, jaki wpływ na odbity kolor ma kierunek wiązki padającego światła.

Grupa chemiczna tworzy materiały, mieszając różnego rodzaju molekuły prętopodobne i zgięte. Grupa fizyków bada przejścia fazowe i właściwości elektrooptyczne nowych materiałów za pomocą mikroskopu polaryzacyjnego oraz spektrofotometrów.

To dopiero początkowy etap badań podstawowych. W dalszej przyszłości w nowej generacji telewizorach LCD kolor mogłyby wytwarzać piksele sterowane elektrycznie, bez obecnie stosowanych skomplikowanych filtrów barwnych. Nowe wyświetlacze ciekłokrystaliczne zużyłyby mniej energii, wyświetlając pełną gamę barw.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Kolor zależny od przyłożonego napięcia, to faktycznie rozwiązałoby wiele spraw i dałoby pole do nowych zastosowań. Trzymam kciuki, aby ta technologia weszła niebawem do produkcji.

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Na szybie inteligentnego okna można wyświetlić lagunę albo zmieniać jej barwę tak, aby nie wpuszczała zbyt wiele ciepła i pozwalała oszczędzić na klimatyzowaniu wnętrz.

Wyświetlacze lcd nie są zbyt odporne na UV a podgrzane lubią się wylać, będzie potrzebna inna, odporniejsza konstrukcja.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Szyby tak. Wyświetlacze - nie ma to sensu, wchodzą lepsze technologie emisyjne. Do tego nie ma miejsca na oszczędność, to czy światło zostanie pochłonięte w polaryzatorze czy odbite i pochłonięte nic nie zmienia w bilansie energetycznym.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Prawda... zanim to opracują, to mogą być gotowe elektroemisyjne kropki wantowe. Samsung chyba nawet jakieś konkretne plany wprowadzenia tego.

Ale może tu jest opcja na uzyskanie czegoś innego... 
Teraz by uzyskać żółty, to trzeba zapalić jednocześnie czerwony i zielony subpixel. A może tu będzie dało się to zrobić pojedynczym pixelem? Do tego rozszerzenie spektrum do bliskiej podczerwieni i bliskiego UV, z płynnym przejściem przez wszystko, aby uzyskać większe spektrum barw... Jeszcze tylko trzeba jakoś uzyskiwać kolory takie jak biały czy magenta, ogólnie te, które nie są pojedynczą długością światła. 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badacze z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, ETH w Zurychu i Uniwersytetu w Cambridge zademonstrowali aktywne mikrocząstki poruszające się w płynie pod wpływem zewnętrznego oświetlenia, których kierunek ruchu zależy od długości fali padającego światła. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie naukowym Nature Communications.
      Materia aktywna to układy, których elementy mogą samoistnie poruszać się, czerpiąc energię ze swojego otoczenia i przekształcając ją w energię kinetyczną. Badania nad nimi są obecnie bardzo dynamiczną dziedziną fizyki. Obejmują one wiele skal czasowych i przestrzennych, m.in. zachowania ptaków w stadach (np. szpaków tworzących na wieczornym niebie dynamicznie ewoluujące wzory) czy ryb w ławicach (jako forma ochrony przed drapieżnikami), ale również bakterii w biofilmach i innych pływających mikroorganizmów w środowisku wodnym. Przedmiotem tej dziedziny są zarówno badania indywidualnych elementów składowych i zrozumienie mechanizmów konwersji energii, szczegółów oddziaływania i sprzężenia z otoczeniem, tak ważnych np. dla przeżycia mikroorganizmów, jak i prace nad efektami kolektywnymi i emergencją nowych zjawisk w dużych populacjach. Jedne i drugie mogą być z powodzeniem opisywane na różnych poziomach dokładności, począwszy od minimalistycznych modeli gruboziarnistych, a skończywszy na wyrafinowanych symulacjach numerycznych.
      Bakterie, algi, plemniki, orzęski i inne jednokomórkowe organizmy stanowią ważną grupę tzw. aktywnych pływaków. Zrozumienie fizycznych podstaw ich dynamiki jest często trudne ze względu na różnorodność, złożoność biologiczną i dużą wrażliwość na warunki otoczenia. Wodny mikroświat rządzi się jednak uniwersalnymi prawami fizyki cieczy, które nakładają ograniczenia na wszystkie organizmy. Ze względu na małe rozmiary – rzędu mikrometrów – i prędkości nieprzekraczające typowo kilkudziesięciu rozmiarów komórki na sekundę, przepływ płynu wokół nich jest zdominowany przez efekty lepkościowe. Oznacza to, że strategie pływania, które sprawdzają się dla rekinów czy pływaków olimpijskich, kompletnie zawodzą dla mikroskopijnych zawodników. Pływanie w skali makro opiera się bowiem na efektach bezwładności i poruszaniu się przez gwałtowny odrzut wody w przeciwnym kierunku. W mikroskali efekty te są pomijalne, a woda zachowuje się jak bardzo lepki płyn, np. miód. Spróbujmy wyobrazić sobie pływanie kraulem w basenie pełnym miodu – spodziewamy się, że będzie to bardzo wycieńczające i mało efektywne. Dlatego mikroorganizmy wykształciły inne strategie pływania, oparte na wykorzystaniu lepkości. Bakterie mają często helikalne wici, którymi "wkręcają" się w płyn niczym korkociągi. Okazuje się, że w lepkim świecie strategia ta pozwala na efektywne poruszanie się komórek. Większe mikroorganizmy, takie jak orzęski (wśród nich znany powszechnie ze szkolnej biologii pantofelek), pokryte są tysiącami krótkich rzęsek. Poruszają one nimi w skoordynowany sposób, przypominający meksykańską falę na stadionie. Mechanizm ten pozwala na transport płynu wzdłuż powierzchni komórki, a w efekcie na ruch komórki w przeciwną stronę do kierunku fal rzęsek na powierzchni.
      Zrozumienie tych mechanizmów zainspirowało rozwój syntetycznych mikropływaków. Perspektywa wytwarzania mikrorobotów w laboratorium od dziesięcioleci rozbudza wyobraźnię badaczy ze względu na możliwe zastosowania diagnostyczne, medyczne i przemysłowe, takie jak np. precyzyjny transport leków w ciele pacjenta. Z tego punktu widzenia szczególnie ważna jest nie tylko możliwość produkcji takich pływaków, ale również kontrola kierunku ich ruchu.
      Opisany powyżej mechanizm transportu płynu przez orzęski (stosowany również w organizmach wielokomórkowych, np. ludzkich – przez rzęski w płucach albo w drogach rodnych do transportu śluzu), zainspirował opracowanie całej gamy pływaków opartych na zjawisku dyfuzjoforezy. Wyjaśnimy to na przykładzie doświadczenia z tzw. cząstką Janusa (nazwa nawiązuje do rzymskiego boga o dwóch twarzach) – mikroskopijną kulą o jednej półkuli pokrytej złotem, a drugiej pokrytej platyną. Po umieszczeniu jej w roztworze wody utlenionej (H2O2) platyna katalizuje rozkład płynu do wody i tlenu. W efekcie stężenie produktów reakcji po stronie platynowej półkuli jest większe, a zatem pojawia się przepływ płynu wzdłuż powierzchni, zmierzający do wyrównania stężeń. Podobnie jak w przypadku mikroorganizmów, przepływ względem powierzchni wywołuje ruch samej cząstki w przeciwnym kierunku. Mamy zatem do czynienia z układem, który lokalnie przekształca energię chemiczną otoczenia w energię kinetyczną swojego ruchu. Mechanizm opisany powyżej jest uniwersalny – niezbędnym składnikiem jest niejednorodne stężenie produktów reakcji chemicznej na powierzchni. Co więcej, możemy zastąpić go np. niejednorodnym rozkładem temperatury albo rozkładem potencjału elektrostatycznego. Wszystkie te mechanizmy zostały doświadczalnie potwierdzone w układach mikroskopowych. Warto podkreślić, że rozmiary i prędkości takich pływaków są porównywalne z układami biologicznymi, które stanowiły inspirację. A zatem poprzez badania sztucznej materii aktywnej zyskujemy dodatkowe okno, przez które możemy zajrzeć do pływającego mikroświata.
      W toku rozwoju badań syntetycznej materii aktywnej zaproponowano wiele lokalnych mechanizmów napędowych. Wyzwaniem pozostaje jednak kontrola ruchu pływaka, pozwalająca "zaprogramować" go tak, by dotarł w określone miejsce i np. dostarczył lek do wybranej części ciała pacjenta. Alternatywnie mógłby on być sterowany przez zewnętrznego operatora za pomocą określonych bodźców. Bodźcem takim może być np. promieniowanie elektromagnetyczne, pole magnetyczne, elektryczne, nierównomierny rozkład temperatur albo sygnał akustyczny.
      O jednej z propozycji w tym kierunku traktuje nowa praca badaczy z Wydziału Fizyki UW, ETH w Zurychu i Uniwersytetu w Cambridge, która ukazała się w czasopiśmie Nature Communications. Zaprezentowano w niej zmodyfikowane mikrocząstki Janusa, poruszające się w płynie pod wpływem zewnętrznego oświetlenia, których kierunek ruchu zależy od długości fali padającego światła. Cząstki o średnicy 3,5 mikrona zostały wykonane z anatazu – jednej z odmian polimorficznych dwutlenku tytanu – a jedna ich półkula została pokryta złotem. Oświetlone zielonym światłem poruszają się one w kierunku wyznaczonym przez "złotą czapkę", zaś oświetlone światłem ultrafioletowym – w przeciwnym. Cząstki zostały zsyntetyzowane na ETH w Zurychu przez dr. Hanumanthę Rao Vutukuriego i prof. Jana Vermanta.
      Przez zmianę długości fali światła aktywujemy różne mechanizmy katalityczne na powierzchni cząstek, dzięki czemu możemy bardzo szybko i w kontrolowany sposób sterować ich ruchem – mówi dr Maciej Lisicki z Wydziału Fizyki UW. Ponadto widzimy bardzo ciekawą dynamikę kolektywną: cząstki tego typu potrafią wzajemnie się przyciągać lub odpychać, w zależności od wzajemnej orientacji i koloru oświetlenia. Obserwujemy w ten sposób gwałtowne procesy fuzji i rozszczepienia, których dynamiką możemy sterować.
      Opis ruchu w takich układach wymaga uwzględnienia zarówno oddziaływań chemicznych cząstek poprzez niejednorodne pole stężenia reagentów, które powstają na ich powierzchniach, jak również poprzez przepływ płynu wywołany ich obecnością. Model teoretyczny, pozwalający opisać dynamikę nowego typu cząstek aktywnych, został stworzony przez dr. Macieja Lisickiego z UW i prof. Erica Laugę z Uniwersytetu w Cambridge.
      Przy mikrometrowych rozmiarach cząstek ciecz wokół nich zachowuje się jak bardzo lepki płyn – mówi Maciej Lisicki. Ich oddziaływania hydrodynamiczne mają przez to bardzo daleki zasięg, a więc ruch każdej cząstki jest odczuwany przez wszystkie inne.
      Badacze, którzy od dawna zajmują się zastosowaniami zjawiska dyfuzjoforezy do transportu płynu w mikroskali i tworzenia syntetycznych pływaków, uważają, że nowy, odwracalny i kontrolowany, mechanizm poruszania się cząstek Janusa jest krokiem na drodze do konstrukcji bardziej złożonych mikrorobotów, które będą w stanie transportować ładunki w skali komórkowej. Może on również zostać wykorzystany do kontroli dynamiki kolektywnej w mikroskali. Lokalne oświetlenie może bowiem wywoływać ruch cząstek aktywnych w pożądanym kierunku. W zawiesinach wieloskładnikowych z dodatkiem cząstek aktywnych może to być efektywny mechanizm mieszania, które w mikroskali jest istotnym wyzwaniem technicznym.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Papierosowe filtry to najbardziej rozpowszechniony plastikowy odpad na Ziemi. Każdego roku ludzie wypalają około 5,6 biliona (5 600 000 000 000) papierosów, a 2/3 niedopałków jest wyrzucanych przez palaczy byle gdzie. To oznacza, że każdego roku na trawnikach, w lasach, na chodnikach i w rowach ląduje 4,5 biliona filtrów. Od lat 80. ubiegłego wieku niedopałki stanowią nawet do 40% wszystkich śmieci znajdowanych na ulicach miast i na plażach. Włókna z filtrów papierosowych znaleziono nawet na dnie rowów oceanicznych.
      Naukowcy z londyńskiej Szkoły Higieny i Medycyny Tropikalnej oraz San Diego State University apelują na łamach The British Medical Journal o wprowadzenie globalnego zakazu stosowania filtrów papierosowych. Zwracają uwagę, że w wielu krajach wprowadza się zakaz stosowania wielu jednorazowych plastikowych produktów, a tymczasem zapomina się o najbardziej rozpowszechnionym niebiodegradowalnym odpadzie na planecie.
      Filtry papierosowe po raz pierwszy pojawiły się w latach 50. ubiegłego wieku, wraz z pojawieniem się pierwszych pytań o szkodliwość palenia papierosów. Bardzo szybko się rozpowszechniły, a przemysł tytoniowy przekonał palaczy, że filtr czyni papierosy bezpieczniejszymi. Obecnie wiemy, że to kłamstwo. Zresztą jedno z wielu kłamstw stworzonych przez przemysł tytoniowy w celu zwiększenia sprzedaży papierosów. Kawałek plastikowego filtra pozwala producentowi z jednej strony zaoszczędzić na tytoniu, a z drugiej umożliwia przekonanie ludzi, że papierosy z filtrem są bezpieczniejsze. Tymczasem, jak odkrył chemik Claude Teague pracujący dla firmy tytoniowej RJ Reynolds, zmiana koloru filtra podczas palenia papierosa jest spowodowana przez zmianę pH octanu celulozy stosowanego w filtrach.
      Filtry zmniejszają ilość smoły z papierosów tylko w... maszynach testowych. Gdy papieros jest palony przez człowieka, filtr nie zatrzymuje smoły. Jak piszą autorzy artykuły, opublikowanego na łamach The British Medical Journal, przemysł tytoniowy szybko zdał sobie z tego sprawę i delikatnie zmienił pole swoich zainteresowań, z prób znalezienia skutecznego filtra na wykorzystanie faktu istnienia filtra do lepszego marketingu swoich produktów. Pojawiły się takie pojęcia jak „light”, "o niskiej zawartości smoły” czy „naturalny”. W wielu krajach użycie tych terminów jest zakazane, logicznym więc wydaje się wykonanie następnego kroku i zakazanie następnego elementu przesłania przemysłu tytoniowego: filtrów, o których wiemy, że są nieskuteczne.
      Autorzy propozycji zakazania filtrów zwracają uwagę, że przemysł tytoniowy, w przeciwieństwie do wielu producentów innych odpadów, nigdy nie został przymuszony do redukcji ilości odpadów związanych z paleniem papierosów. Co więcej, dzięki odpowiednim zabiegom marketingowym opinia publiczna nigdy nie zwróciła uwagi na najbardziej rozpowszechniony odpad na Ziemi – filtry papierosowe. Wielu innych producentów odpadów było celem negatywnych kampanii, politycy i opinia publiczna wymuszali na nich proekologiczne działania. Przemysłu tytoniowego nigdy to nie spotkało. Nawet teraz, gdy wiadomo, że filtry są nieskuteczne i są najbardziej rozpowszechnionym odpadem, to problemu tego w ogóle nie uwzględnia się w międzynarodowych programach walki z paleniem tytoniu.
      Autorzy propozycji przyznają, że nie rozumieją, dlaczego unijna dyrektywa dotycząca zakazu stosowania niektórych przedmiotów jednorazowego użytku nie obejmuje filtrów papierosowych. Przypominają jednak, że przemysł tytoniowy prowadzi intensywne działania lobbingowe, których celem jest odwrócenie uwagi od szkodliwości jego produktów.
      Epidemia palenia tytoniu jest główną przyczyną śmierci i niepełnosprawności na całym świecie. Problem ten, podobnie jak globalne ocieplenie, będzie istniał, póki kraje nie podejmą zdecydowanych działań. W przeszłości wiele osób wątpiło w możliwość powstania barów, pubów czy samolotów wolnych od tytoniu. Pomysł, by na paczkach papierosów pojawiało się ostrzeżenie o szkodliwości palenia wydawał się niemożliwy do zrealizowania. Może nadszedł czas na podobne radykalne działania, w których połączymy troskę o zdrowie i o środowisko. Jeśli nie wyeliminujemy bilionów filtrów, które każdego roku zaśmiecają naszą planetę, podważymy działania mające na celu zmniejszenie ilości plastikowych odpadów i stracimy możliwość zakończenia epidemii palenia tytoniu, czytamy w The British Medical Journal.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Kiedy nakładamy krem przeciwsłoneczny, pokrywamy większą powierzchnię twarzy niż wtedy, gdy stosujemy krem nawilżający z filtrem. I w jednym, i w drugim przypadku pomijamy jednak wrażliwe okolice powiek.
      Zespół Kevina Hamilla z Uniwersytetu w Liverpoolu podkreśla, że stosując te produkty, ludzie nie mają pojęcia, że omijają regiony podatne na nowotwory skóry.
      Autorzy publikacji z pisma PLoS ONE dodają, że wiele kremów nawilżających ma podobne parametry SPF (od ang. Sun Protection Factor, SPF), co kremy przeciwsłoneczne. Brakuje jednak danych, jak nakładanie kremów nawilżających z filtrami prezentuje się w zestawieniu ze smarowaniem kosmetykami stricte przeciwsłonecznymi.
      Wcześniej Hamill i inni wykazali, że używając kremów przeciwsłonecznych, ludzie nie w pełni pokrywają okolice powiek. W ramach ostatniego badania naukowcy postanowili więc sprawdzić, czy podobny trend występuje podczas rutynowego smarowania kremem nawilżającym z filtrem.
      Na 2 wizytach w laboratorium 84 ochotników oświetlono ultrafioletem (UV) i fotografowano. Przed jedną z wizyt badany smarował się preparatem z filtrem SPF30, przed drugą kremem nawilżającym.
      Jeśli chodzi o pokrywany obszar twarzy, krem nawilżający wypadał znacząco gorzej: używając filtra, ludzie pomijali 11,1% skóry, a przy kremie nawilżającym 16,6%. Różnica jest głównie skutkiem zmniejszonego pokrycia okolic powiek; przy filtrze pomijano 14%, a przy kremie nawilżającym aż 20,9%.
      Wypełniany po wszystkim kwestionariusz pokazał, że badani nie byli świadomi pomijania niektórych stref.
      Naukowcy podkreślają, że choć kremy nawilżające są stosowane częściej, obszary w większym stopniu zagrożone nowotworami nie są raczej chronione, a ludzie nie mają pojęcia, że tak się w ogóle dzieje. Wg nich, konieczne są dodatkowe środki promieniochronne i odpowiednio zaplanowana kampania społeczna.
      Zarówno nakładając preparat przeciwsłoneczny, jak i krem nawilżający, często pomijamy okolice oczu, zwłaszcza blisko nosa. Stosując kremy nawilżające, ochotnicy pokrywali mniejszą powierzchnię twarzy niż przy stosowaniu preparatów przeciwsłonecznych. Wg nas, podczas aplikowania kremu z SPF należy poświęcić więcej uwagi powiekom. Alternatywną metodą może być ich ochrona za pomocą okularów przeciwsłonecznych z filtrem [...].

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z MIT i Penn State University odkryli, że w odpowiednich warunkach krople zwykłej czystej wody umieszczone na przezroczystym podłożu tworzą żywe kolory bez dodatku atramentów czy tuszy. W artykule opublikowanym na łamach Nature uczeni informują, że na powierzchni pokrytej mgiełką z kropli wody oświetlonych pojedynczą lampą można uzyskać żywe kolory pod warunkiem, że wszystkie krople są tych samych rozmiarów.
      Mamy tutaj do czynienia z iryzacją, która zachodzi gdy światło wchodzi w interakcje ze strukturą geometryczną obiektu. Amerykańscy naukowcy stworzyli model, który pozwala przewidzieć, jaki kolor uzyskamy z danej kropli w zależności od jej struktury i warunków. Model ten może zostać wykorzystany do projektowania papierków lakmusowych bazujących na niewielkich kroplach czy do tworzenia zmieniających kolor tuszy i barwników używanych w produktach kosmetycznych.
      Syntetyczne barwniki używane w produktach konsumenckich w celu uzyskania żywych barw mogą nie być tak bezpieczne dla zdrowia, jak powinny. Użycie niektórych z nich jest mocno ograniczone, dlatego też przemysł poszukuje innych możliwości produkcji barwników, mówi Mathias Kolle, profesor z MIT.
      W ubiegłym roku Amy Goodling i Lauren Zarzar z Penn State badały przezroczyste krople wykonane z mieszanin olejów o różnej gęstości. Obserwowały ich interakcje na szalce Petriego. W pewnym momencie zauważyły, że krople są zadziwiająco błękitne. Zrobiły więc zdjęcie i wysłały do profesora Kolle z pytaniem, skąd się bierze taki kolor.
      Uczony początkowo sądził, że ma do czynienia z rozpraszaniem, podobnym do tego, które tworzy tęczę. Jednak krople nie były sferami ale półsferami na płaskiej powierzchni. Okazało się, że mamy do czynienia z innym zjawiskiem. Półsfery łamią symetrię, a wklęśnięta powierzchnia sfer powoduje, że pojawia się zjawisko nieobecne w idealnych sferach – całkowite wewnętrzne odbicie (TIR).
      Po trafieniu do wnętrza półsfery światło może odbić się kilkukrotnie, a sposób, w jaki promienie wchodzą w interakcje podczas opuszczania półsfery decyduje o tym, czy uzyskamy kolor czy nie. Na przykład dwa promienie białego światła wchodzące i wychodzące z półsfery pod tym samym kątem mogą w jej wnętrzu odbijać się zupełnie inaczej. Jeśli jeden z nich odbije się trzy razy, będzie miał dłuższą drogę niż ten, który odbije się dwukrotnie, zatem opuści półsferę nieco później. Jeśli dojdzie do interferencji, to różnica faz spowoduje, że zobaczymy kolor, a zjawisko to będzie znacznie silniejsze w mniejszych niż w większych kroplach.
      Uzyskany kolor zależy też od struktury półsfer, na przykład od ich rozmiaru i krzywizn. Naukowcy stworzyli matematyczny model, pozwalający im przewidzieć, jaki kolor otrzymają w danych warunkach, a następnie przetestowali go w laboratorium.
      Na szalce Petriego stworzyli cały zbiór kropli o identycznych rozmiarach, a następnie oświetlili je pojedynczym promieniem białego światła. Następnie całość rejestrowali za pomocą kamery, która krążyła wokół szalki. Zaobserwowali dzięki temu jak zmieniają się kolory w miarę zmiany kąta obserwacji. W ramach innego eksperymentu stworzyli na szalce krople o różnych rozmiarach i sprawdzali, jaki ma to wpływ na kolor. Okazało się, że w miarę jak kropla była coraz większa uzyskany kolor był coraz bardziej czerwony, ale po przekroczeniu pewnej granicy wielkości kropli powracał do niebieskiego. To zjawisko, które było zgodne z modelem teoretycznym, gdyż im większa kropla tym większe przesunięcie faz promieni światła.
      Ponadto sprawdzono też wpływ krzywizn kropli na kolor. Różne krzywizny uzyskano umieszczając krople na mniej lub bardziej hydrofobowych podłożach.
      Co jednak najbardziej interesujące z punktu widzenia praktycznych zastosowań, uczeni uzyskali podobne efekty w stałym materiale. Wydrukowali krople o różnych kształtach, wielkościach i z różnego rodzaju przezroczystych polimerów, a po poddaniu ich działaniu promieni światła okazało się, że również i w ten sposób można uzyskiwać żywe kolory.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zmiany klimatyczne w znaczący sposób wpłyną na fitoplankton w oceanach, a z najnowszych badań przeprowadzonych na MIT dowiadujemy się, że w nadchodzących dekadach spowoduje to zmianę koloru wód oceanicznych. Zwiększy się nasycenie kolorów w obszarach niebieskich i zielonych. Zmiany będą tak duże, że będzie można obserwować je na zdjęciach satelitarnych, dzięki czemu satelity posłużą jako system wczesnego ostrzegania przed zachodzącymi na dużą skalę zmianami w ekosystemie morskim.
      Uczeni poinformowali na łamach Nature Communications, że stworzyli globalny model wzrostu i interakcji różnych gatunków fitoplanktonu spowodowanych zmianami w temperaturze. Specjaliści symulowali też sposób, w jaki fitoplankton pochłania i odbija światło oraz jak w związku z tym zmieni się kolor wód oceanicznych. Przeprowadzona symulacja, która obejmuje okres do końca bieżącego wieku, wykazała, że do roku 2100 ponad 50% powierzchni oceanu będzie miało inny kolor niż obecnie.
      Obszary, które są obecnie błękitne, jak np. regiony subtropikalne, staną się jeszcze bardziej błękitne, co oznacza, że będą miały jeszcze mniej fitoplanktonu, a więc i jeszcze mniej życia, niż obecnie. Należy spodziewać się, że obszary zielone, na przykład wody polarne, staną się jeszcze bardziej zielone. Rosnące temperatury spowodują, że będzie tam więcej fitoplanktonu i stanie się on bardziej zróżnicowany.
      Na pierwszy rzut oka zmiany nie będą duże. Ocean nadal będzie wyglądał podobnie jak obecnie. Będzie błękitny w obszarach subtropikalnych i zielony w tropikalnych oraz na biegunach. Podstawowy wzorzec zostanie zachowany. Jednak różnice będą na tyle duże, że wpłyną one na cały łańcuch pokarmowy, który jest uzależniony od fitoplanktonu, mówi główna autorka badań Stephanie Dutkiewicz.
      Kolor oceanu zależy od tego, w jaki sposób światło słoneczne wchodzi w interakcje z wodą. Molekuły wody absorbują niemal całe światło, z wyjątkiem błękitu, który jest odbijany. Zatem im mniej życia w danym obszarze oceanu, tym bardziej jest on błękitny. Jeśli zaś w wodzie znajdują się organizmy żywe, mogą one absorbować i odbijać fale światła o innych długościach. Na przykład fitoplankton, który zawiera chlorofil, absorbuje głównie światło niebieskie. Tak więc wody oceaniczne bogate w fitoplankton mają kolor zielony, gdyż ten zakres fal jest odbijany.
      Od końca lat 90. satelity prowadzą ciągły monitoring koloru wód oceanów. Uzyskane dane służą do oceny rozprzestrzenienia fitoplanktonu. Dutkiewicz zastrzega, że zmiany w rozkładzie fitoplanktonu nie muszą być spowodowane wyłącznie globalnym ociepleniem. Obserwowane są też naturalne zmiany związane z wzorcami pogodowymi. Na przykład podczas zjawisk El Niño i La Niña dochodzi do dużych zmian w fitoplanktonie powodowanych zmianami w ilości składników odżywczych w oceanach. Z powodu tych dużych, naturalnych zmian, które mają miejsce co kilka lat, trudno jest jednoznacznie stwierdzić, patrząc na sam chlorofil, za które zmiany odpowiada globalne ocieplenie, mówi uczona.
      Dlatego też uczeni z MIT stworzyli nową technikę, za pomocą której badali nie tylko światło odbite od powierzchni oceanów, ale cały bilans świetlny, sprawdzając, jakie długości fal zostały odbite, a jakie pochłonięte w zależności od rodzaju organizmów żyjących w oceanie. Światło słoneczne dociera do oceanu i jest absorbowane przez wszystko, co jest w wodzie. Różne organizmy w różny sposób je rozpraszają, odbijają i pochłaniają. To bardzo złożony proces, mówi Dutkiewicz. Gdy nowy model porównano z dotychczas zebranymi danymi okazało się, że trafnie potrafi przewidzieć on rozwój sytuacji.
      Uczeni przeprowadzili więc symulacje, zakładające, że do roku 2100 średnia globalna temperatura wzrośnie o 3 stopnie Celsjusza. Chlorofil się zmienia. Jednak nie można tego zobaczyć ze względu na jego dużą naturalną zmienność. Jednak widoczny jest znacząca, powiązana z ocieplaniem klimatu, zmiana w niektórych zakresach fal światła. Możemy ją śledzić na danych satelitarnych, dodaje uczona. Do końca XXI wieku na 50% oceanów dojdzie do zauważalnej zmiany koloru. To będzie potencjalnie olbrzymia zmiana. Różne typy fitoplanktonu w różny sposób absorbują światło, a jeśli wskutek zmiany klimatu jeden typ fitoplanktonu zostanie zastąpiony innym, to zmieni się cały łańcuch pokarmowy, dodaje.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...