Pesquisadores descobrem condições ideais para produção em massa de hologramas ultravioleta

Os pesquisadores investigaram a composição de nanocompósitos para fabricação de metassuperfícies ultravioleta e determinaram o material de impressão ideal para sua fabricação. Suas descobertas são publicadas na revista Microssistemas e Nanoengenharia em 22 de abril.

Metasuperfícies, dispositivos ópticos ultrafinos, possuem a notável capacidade de controlar a luz até uma espessura de apenas nanômetros. As metasuperfícies têm sido consistentemente objeto de pesquisa como uma tecnologia fundamental para o avanço de monitores, imagens e biossensores de próxima geração. Seu alcance se estende além da luz visível, mergulhando nos domínios da luz infravermelha e ultravioleta.

A litografia de nanoimpressão é uma tecnologia de produção de metassuperfície, semelhante a um selo que gera inúmeras réplicas a partir de um único molde. Esta técnica inovadora promete fabricação acessível e em grande escala de metassuperfícies, abrindo caminho para sua viabilidade comercial. No entanto, a resina utilizada como material de impressão apresenta uma desvantagem: um baixo índice de refração, dificultando a manipulação eficiente da luz.

Para enfrentar este desafio, os investigadores estão a explorar ativamente nanocompósitos, integrando nanopartículas na resina para aumentar o seu índice de refração. No entanto, a eficácia desta abordagem depende de vários fatores, como o tipo de nanopartículas e a escolha do solvente, necessitando de uma análise sistemática para um desempenho ideal da metassuperfície.

Em sua pesquisa, a equipe projetou meticulosamente experimentos para avaliar o impacto da concentração de nanopartículas e da seleção de solventes na transferência de padrões e metahologramas UV.

Especificamente, eles manipularam a concentração de dióxido de zircônio (ZrO₂), um nanocompósito reconhecido por sua eficácia na produção de metahologramas UV, variando de 20% a 90%. As descobertas mostraram que a maior eficiência de transferência de padrões foi alcançada em um nível de concentração de 80%.

Além disso, ao combinar ZrO₂ a uma concentração de 80% com vários solventes, como metilisobutil cetona, metiletilcetona e acetona para realização de metaholograma, a eficiência de conversão disparou no espectro ultravioleta (325 nm), atingindo níveis impressionantes de 62,3%, 51,4% e 61,5%, respectivamente.

Esta pesquisa marca um marco significativo ao estabelecer uma métrica ideal para alcançar metahologramas especificamente adaptados para o domínio ultravioleta, em oposição à faixa visível, ao mesmo tempo que é pioneira no desenvolvimento de novos nanocompósitos.

O professor Junsuk Rho, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH), disse: “O uso de dióxido de titânio (TiO₂) e nanocompósitos de silício (Si) em vez de ZrO₂ expande a aplicabilidade à luz visível e infravermelha.”

“Nossos esforços de pesquisa futuros se concentrarão no refinamento das condições de preparação para nanocompósitos ideais, impulsionando assim o avanço, a aplicação e a expansão da tecnologia de fabricação de metassuperfícies ópticas.”

A equipe de pesquisa inclui o professor Rho do Departamento de Engenharia Mecânica, Engenharia Química e Engenharia Elétrica, Hyunjung Kang e Nara Jeon, e Ph.D. candidatos, do Departamento de Engenharia Mecânica e Dongkyo Oh, um Ph.D. estudante, do Departamento de Engenharia Mecânica da POSTECH.