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Materiais Avançados

Filtros multicores criam arco-íris de pixels

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/02/2012

Filtros multicores criam arco-íris de pixels
Filtro arco-íris de plástico visto sob a luz do Sol. Os detalhes mostram o filtro sob o microscópio, com sua superfície graduada em vales e sulcos - as pequenas barras pretas medem 10 micrômetros.
[Imagem: University at Buffalo]

Em um anúncio praticamente simultâneo, duas equipes norte-americanas relataram a criação de filtros multicores que podem mudar a tecnologia utilizada hoje em uma grande variedade de aplicações, das TVs e monitores até o imageamento médico.

Embora o resultado seja muito parecido, as duas equipes usaram abordagens e técnicas totalmente diferentes.

Arco-íris de plástico

Os engenheiros da Universidade de Buffalo desenvolveram uma técnica de baixo custo para fabricar um polímero cuja cor é um autêntico arco-íris, refletindo diferentes comprimentos de onda de luz mesmo quando visto de uma única perspectiva.

Usado como um filtro, este material pode se tornar a base para a criação de equipamentos portáteis de imageamento multiespectral, capazes de identificar a "cor verdadeira" dos objetos analisados.

"Essa tecnologia portátil poderá ter aplicações em inúmeros campos, desde a melhoria das residências, com melhores combinações das cores de tinta, até as imagens biomédicas, incluindo a análise de cores nas imagens médicas para detectar doenças," disse Alexander Cartwright, coordenador do estudo.

A facilidade de produzir o polímero pode torná-lo viável inclusive para desenvolver pequenos aparelhos que se conectam a telefones celulares, permitindo a realização dessas imagens multiespectrais em campo.

Filtro estrutural

Para criar o material arco-íris, a equipe ensanduichou um xarope pré-polimérico fotossensível entre duas lâminas de vidro - uma substância fotossensível possui propriedades físicas que se alteram com a exposição à luz.

Em seguida, eles dirigiram um feixe de laser através de uma lente curva colocada acima da solução pré-polímero. A lente dividiu e curvou o feixe de laser, criando uma luz com comprimentos de onda que variam de forma contínua.

Quando esta luz atingiu a solução, monômeros começaram a se unir em polímeros, formando um padrão contínuo de estruturas poliméricas em forma de cristas e sulcos - as cristas maiores se desenvolveram onde a luz chegou com mais intensidade.

A estrutura resultante é um filtro muito fino que mostra as cores do arco-íris quando visto sob luz branca.

Isto ocorre porque as camadas periódicas de polímero refletem um espectro contínuo de cores, do vermelho em uma extremidade, até o índigo na outra.

Como as cores do "filtro arco-íris" são produzidas como resultado da geometria da superfície do filtro, e não por algum tipo de pigmento, as cores não desbotam com o tempo - este é o mesmo princípio que dá cor às asas das borboletas e às penas dos pavões.

Filtros multicores criam arco-íris de pixels
A cor gerada pelo filtro com nanoantenas ópticas depende da polarização da luz que incide sobre ele.
[Imagem: Tal Ellenbogen]

Nanoantenas ópticas

Já a equipe de Harvard desenvolveu uma técnica com nanoantenas ópticas, que permite a construção de filtros de cor ajustáveis.

Enquanto um filtro de cor convencional produz uma cor fixa, o novo "filtro ativo" pode produzir uma gama de cores, dependendo do tipo de luz ao qual é exposto.

O grupo também fala em aplicações do novo filtro multicor em imagens médicas, mas eles parecem mais interessados nas telas de TV e monitores de computador.

Os filtros RGB usados para criar as cores nos televisores e monitores atuais têm uma cor de saída fixa (vermelho, verde ou azul), criando a ampla paleta de cores que são capazes de mostrar através da mistura desses três componentes.

Com o novo filtro ativo - o nome técnico é "polarizador cromático plasmônico" - cada pixel passa a ser dinâmico, capaz de produzir cores diferentes, bastando para isso alterar a polarização da luz.

Kenneth Crozier e seus colegas construíram o filtro variando o tamanho e a forma de nanopartículas metálicas, de modo que a cor que produzem depende fortemente da polarização da luz que as ilumina.

Filtros multicores criam arco-íris de pixels
Com a luz não polarizada, ou com a luz polarizada em 45 graus, as letras são invisíveis (cinza sobre cinza). Sob a luz polarizada a 90 graus, as letras aparecem em amarelo sobre um fundo azul. E, com 0 grau, o esquema de cores é invertido.
[Imagem: Tal Ellenbogen]

As nanopartículas podem ser consideradas como uma espécie de antenas - semelhantes às utilizadas nas comunicações sem fios - só que muito menores e operando na frequência da luz visível.

"Com os avanços na nanotecnologia, podemos controlar com precisão a forma das nanoantenas ópticas, para que possamos ajustá-las para reagir de forma diferente com a luz de diferentes cores e diferentes polarizações," disse Tal Ellenbogen, coautor do estudo. "Ao fazer isso, criamos um novo tipo de filtro de cor controlável."

Bibliografia:

Artigo: One-Step Fabrication of Graded Rainbow-Colored Holographic Photopolymer Reflection Gratings
Autores: Ke Liu, Huina Xu, Haifeng Hu, Qiaoqiang Gan, Alexander N. Cartwright
Revista: Advanced Materials
Data: 22 Feb 2012
Vol.: Article first published online
DOI: 10.1002/adma.201104628

Artigo: Chromatic Plasmonic Polarizers for Active Visible Color Filtering and Polarimetry
Autores: Tal Ellenbogen, Kwanyong Seo, Kenneth B. Crozier
Revista: Nano Letters
Vol.: 12 (2), pp 1026-1031
DOI: 10.1021/nl204257g





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