Корейские физики изучили структуру особых наноструктур в брюшке японских светлячков, усиливающих их световые сигналы, и использовали полученные сведения для сборки мощных и эффективных светодиодов, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Практически все жуки из семейства светляков (Lampyridae) используют светогенерирующие органы для обмена сигналами с особями противоположного пола. На конце их брюшка расположены особые ткани из крупных клеток, которые вырабатывают свет, окисляя молекулы светоносного пигмента люциферина. Это химическое вещество и сама реакция нашли широкое применение в биологии, однако остальные части "фонаря" светлячков остаются слабо изученными.
Группа физиков под руководством Ки-хуна Чона (Ki-Hun Jeong) из Института передовой науки и технологий Кореи в городе Тэджон проанализировала устройство брюшка японских светлячков (Luciola lateralis) и попыталась создать искусственный аналог "фонаря" этих насекомых.
Прозрачный колпак на брюшке Luciola lateralis состоит из множества наноструктур, превращающих поверхность кутикулы в своеобразную стиральную доску с коэффициентом преломления, близким к аналогичному показателю для воздуха. Это свойство позволяет жуку тратить меньше сил на подготовку светового сигнала, так как свет практически беспрепятственно проходит границу между хитином брюшка и молекулами воздуха.
Чон и его коллеги предположили, что подобная конструкция может быть адаптирована для производства сверхмощных светодиодов. Для проверки этой гипотезы ученые создали аналог кутикулы в лаборатории и проследили за тем, как изменились ее оптические свойства при изменении высоты, ширины наноструктур, а также расстояния между ними.
Авторы статьи изготовили пластиковую форму с набором выемок, повторяющих узор из наноструктур на брюшке светлячка, и залили ее прозрачной смолой. После этого ученые высушили смолу при помощи ультрафиолетовой лампы и получили набор из нескольких микроскопических колпаков, повторяющих по своей структуре и преломляющей способности кутикулу Luciola lateralis.
Затем Чон и его коллеги собрали несколько светодиодов на основе этих конструкций и проследили за тем, как хорошо они пропускали свет. Лучше всего себя показали оригинальные наноструктуры, полностью повторявшие устройство брюшка Luciola lateralis. По словам ученых, подобные колпачки пропускают 98,3% света, что очень близко к максимально возможным значениям с точки зрения оптики.
"Это изобретение, прототипом которого послужило живое существо, позволяет нам изготовлять дешевые линзы для мощных светодиодов, которые можно будет применять для ламп подсветки жидкокристаллических мониторов, вспышек фотокамер на мобильных телефонах, а также в качестве источника света для дома, автомобилей и медицинских приборов", - заключают авторы статьи.
Вход на сайт