برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۶/۳۱ تا ۱۳۹۷/۰۷/۰۶

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۶,۸۹۲
  • بازدید این ماه ۱۸۸
  • بازدید امروز ۱
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۰۶
  • قبول شدگان ۷۸
  • شرکت کنندگان یکتا ۵۳
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۸
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

طرح درس

منابع پیشنهادی هشتمین مسابقه ملی-عناوین کلی

نویسندگان
امتیاز کاربران

چشم حشرات و لایه ضدانعکاس

شاید اولین چیزی که در هنگام مواجهه با یک حشره کوچک به ذهن ما بیاید این است که چگونه خود را از آسیب آن‌ها محفوظ داریم . اما در بخش کوچکی از بدن همین موجودات ریز نکات الهام بخشی برای محققان وجود دارد. نانو علمی است که به ما کمک کرده است تا عظمت چیز‌های کوچک را درک کنیم. لایه ضد انعکاس روی چشم حشرات یکی از این چیز‌های کوچک است که الهام گرفتن از آن ، مصنوعات ساخت انسان را بهبود داده است. در این مقاله وجود یک لایه ضد انعکاس روی چشم حشرات، علت وجود این لایه و دلایل ضد انعکاس بودن آن تشریح گردیده است.

1-مقدمه
آیا تا به حال به چشم حشرات دقت کرده اید؟ حشرات غالباً چشمانی بزرگ نسبت به جثه خود دارند. این چشم ها شاید در نگاه اول زیبا به نظر نیایند چرا که حشرات برخلاف انسان ها یا حیوانات چشمان درخشنده ای ندارند اما در همین عدم درخشش رازی نهفته است که قدرت دید فوق العاده ای در شب و روز به آن ها می دهد.

اگر به کمک میکروسکوپ های الکترونی به به چشم یک حشره نگاه کنیم متوجه می شویم که سطح چشم حشرات صاف نیست بلکه با یک لایه نانوساختار دارای دره ها و قلّه ها پوشیده شده که این دره ها و قلّه ها مدام تکرار می شوند. همانطور که می دانید هنگامی که نور به سطحی برخورد می کند قسمتی از آن منعکس شده و قسمتی وارد جسم می شود. محققان با بررسی خواص نوری این لایه نشان داده اند که این لایه نانوساختار یک لایه ضد انعکاس است که تقریباً می تواند تمام نور ورودی به خود را جذب کند. قلّه های این لایه در حدود 250 نانومتر ارتفاع دارند و در فاصله ی 200 تا 250 نانومتری از یکدیگر قرار گرفته اند (شکل 1).


 filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820 شکل 1- پوشش روی چشم یک حشره که توسط میکروسکوپ بزرگنمایی شده است.


اما شاید فکر کنید دست تدبیر خداوند به چه علت چنین پوششی برای چشم حشرات قرار داده است؟ می دانیم که انعکاس کمتر نور از سطح چشم به معنی ورود بیشتر نور به درون چشم است. این مسئله حساسیت سیستم بینایی حشره را افزایش داده و به آن ها امکان دید در شب را می دهد. از طرف دیگر انعکاس نور خورشید از چشم حشره می تواند توجه شکارچیان را به خود جلب کند که وجود لایه ضد انعکاس موجب در امان ماندن حشرات از چشم شکارچیان است.

این لایه ضد انعکاس همچنین بر روی بال بعضی از حشرات دیده شده است. وجود این لایه در قسمت شفاف بال بعضی حشرات موجب شده است تا عبور نور از بال آن ها تا 90% افزایش یافته و تقریباً حشره را نامرئی ساخته است. نمونه ای از این حشره در شکل 2 نشان داده شده است.

filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636

                                                      شکل2- بال های نامرئی یک حشره


2- انعکاس و علت ضد انعکاس بودن لایه روی چشم حشرات
هنگامی که نور از یک محیط وارد محیط دیگری می شود قسمتی از نور از فصل مشترک بین دو محیط بازتاب می یابد. بازتاب ضعیف نور از سطح شیشه یک پنجره نمونه ای از انعکاس نور است که همه ما آن را دیده ایم. شدت نور بازتاب شده از فصل مشترک دو محیط به ضریب شکست دو محیط و زاویه برخورد نور وابسته است. در حالتی که نور عمود به سطح برخورد می کند شدت نور بازتاب شده از رابطه (1) به دست می آید:

(1)                                                                                                   filereader.php?p1=main_44a50f07b4bdc5774

در این رابطه R ضریب بازتاب و n_1 و n_2 به ترتیب ضریب شکست محیط اول و دوم می باشند. مقدار R از 0 تا 1 تغییر می کند. به عنوان مثال هنگامی که نور از هوا وارد شیشه می شود مقدار R 0/04 است یعنی تنها 4 درصد از نور برخورد کرده به سطح شیشه بازتاب می یابد. همان طور که از رابطه بالا مشخص است هر چه اختلاف بین ضریب شکست های دو محیط کمتر باشد مقدار R کوچکتر می گردد.
اما ببینیم لایه روی چشم حشرات چگونه انعکاس بسیار کم از سطح آن را موجب می شود؟ می دانیم که طول موج نور مرئی در محدوده 400 تا 700 نانومتر است. اما قلّه ها و دره های روی لایه ضد انعکاس ابعادی کمتر از این مقدار یعنی در حدود 250 نانومتر دارند بنابراین هنگامی که نور به این سطح برخورد می کند این قلّه ها را ندیده و در حقیقت سطحی را می بیند که خواص نوری آن میانگینی از خواص نوری ساختار کلی سطح است. به عنوان مثال اگر سطحی مانند شکل 3 داشته باشیم که قسمت سیاه رنگ آن ماده ای با ضریب شکست ns و قسمت سفیدرنگ ماده ای با ضریب شکست ni باشد ضریب شکست مؤثر این لایه هنگامی که پرتو نور به آن برخورد می کند نه برابر ni و نه برابر ns می باشد بلکه مقدار آن بین ni و ns می باشد.

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2 

شکل 3- ساختار یک لایه با مقدار ضریب شکست بین ni و ns

ساختار لایه روی چشم حشرات تقریباً شبیه شکل 4 می باشد. در بالای این لایه هوا قرار داشته و در زیر آن قرنیه چشم حشره واقع است. هر چه از لایه های بالایی به سمت پایین می آییم میزان هوا کمتر شده و سهم قرنیه چشم حشره در آن لایه افزایش می یابد. بنابراین ضریب شکست لایه های به ترتیب از بالا به پایین از ضریب شکست هوا آغاز شده و به طور پیوسته تغییر کرده تا به ضریب شکست قرنیه چشم حشره می رسد. در نتیجه ضریب شکست هر لایه فرضی با لایه بالایی آن تفاوت چندانی نمی کند. این تغییر پیوسته ضریب شکست باعث می شود مقدار انعکاس در هر لایه فرضی کم باشد و در کل مقدار کمی از نور از چشم حشره انعکاس یاید.

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9 شکل4- شکل لایه روی چشم حشره

3- کاربرد لایه های ضد انعکاس

اگر در یک روز آفتابی سعی کرده باشید فیلمی را با استفاده از تلفن همراه یا تبلت خود تماشا کنید احتمالاً مجبور شده اید آن را با زاویه ای خاص در دستان خود نگه دارید تا انعکاس نور خورشید از صفحه تلفن همراه چشمان شما را نیازارد. اما اگر روی صفحه تلفن همراه شما یک لایه ضد انعکاس وجود داشت احتمالاً به این مشکل برخورد نمی کردید. لایه های ضد انعکاس در بسیاری از دستگاه های اپتیکی مانند شیشه ها، لنزهای نوری، صفحات تلویزیون ، لامپ های LED و غیره کاربرد دارند. نمونه ای از یک لایه ضد انعکاس بر روی شیشه یک عینک در شکل 5 نشان داده شده است.

 filereader.php?p1=main_43ff194f410f3e93a

filereader.php?p1=main_d3fc3e6e42d7ebd71

شکل5- بازسازی لایه ضدانعکاس روی شیشه یک عینک و شیشه معمولی

یکی دیگر از کاربردهای این لایه ها در سلول های خورشیدی است. سلول های خورشیدی انرژی خورشید را دریافت کرده و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند بنابراین هر چه نور بیشتری وارد آن ها گردد انرژی بیشتری نیز تولید می کنند. محققان اخیراً موفق شده اند با استفاده از لایه های ضد انعکاس مشابه چشم حشرات بازده سلول های خورشیدی را تا 6% افزایش دهند. شاید تصور اینکه الهام گرفتن از این موجودات کوچک چه قدر در بهبود فناوری ها تأثیر گذاشته کمی مشکل به نظر آید اما به هر حال نباید فراموش کرد که این تنها گوشه ای از آموخته های طبیعت به انسان است چرا که حشرات میلیون ها سال است از این مسئله در دیدن استفاده می-کنند اما دانشمندان در همین سال های اخیر راز آن را دریافته اند.

منابـــع و مراجــــع

1. H. YAHYA, BIOMIMETICS: Technology Imitates Nature, Okmeydani-Istanbul/Turkey: GLOBAL PUBLISHING, 2006 .

2. Stuart A. Boden and Darren M. Bagnall, "Moth-Eye Antireflective Structures," Southampton, UK, pp. 1467-1477.

3. Bruce D. MacLeod, and Douglas S. Hobbs, "Low Cost Anti-Reflection Technology For Automobile Displays," in SID Vehicle Display Conference, 2004.

نظرات و سوالات

نظرات

1 0

مریم یعقوبی - ‏۱۳۹۶/۰۳/۰۹

سلام خیلی مختصرومفیدبود.ممنون.