Наружная реклама

В то время как ведущие мировые разработчики оборудования для широкоформатной печати продолжают работать над повышением производительности своих машин и качества получаемой с их помощью продукции, в лабораториях не прекращаются исследования в сфере новых способов воспроизведения и репродуцирования полноцветных изображений. Одной из наиболее примечательных недавних находок ученых, которая, вполне возможно, в ближайшем будущем займет свое место на рынке изготовления наружной и интерьерной рекламы, стало открытие доцента Ядонга Йина из Калифорнийского Университета в Риверсайде (США).

Ученые, исследующие нанотехнологии, научились управлять цветом мельчайших частиц оксида железа, находящихся в воде, путем воздействия внешнего магнитного поля на раствор. Открытие, по мнению группы разработчиков из Калифорнийского университета, позволит значительно улучшить качество и размеры современных электронных экранов, а также изготавливать электронную бумагу и электронные чернила длительного пользования, способные менять цвета под воздействием электромагнитных полей.
В своих экспериментах исследователи под руководством Ядонга Йина обнаружили, что при изменении силы магнитного поля изменялся и цвет раствора оксида железа. Обнаруженный учеными эффект был схож с настройкой цветов обычного телевизора.
Когда сила магнитного поля уменьшалась или увеличивалась, менялось расположение сферических частиц оксида железа в растворе. Это, в свою очередь, непосредственно влияло на прохождение света через раствор или преломление света раствором.

«Ключевой задачей для нас стало создание структуры из частиц оксида железа путем химического синтеза таким образом, чтобы эти частицы самостоятельно группировались в трехмерно упорядоченные коллоидные кристаллы в магнитном поле», - отметил Ядонг Йин.

Эта задача была решена, и научному сообществу были представлены микроскопические
полимерные шарики, которые мгновенно меняют цвета под воздействием внешних магнитных полей.

Шарики, или «магнитохроматические микросферы» отличаются высокой структурной устойчивостью. Они совместимы с различными типами диспергирующих веществ, включая воду, алкоголь и полимерные растворы, и сохраняют свою способность менять цвета в различных химических средах.

Чтобы изготовить микросферы, исследователи поместили частицы оксида железа в жидкий смоляной раствор. После этого раствор был размешан в нефти, где смола преобразовалась в сферические капли. Затем исследователи применили внешнее магнитное поле, чтобы упорядочить частицы оксида железа в периодически выстроенные структуры. Если наблюдать эти группы частиц параллельно направлению магнитного поля, они отображают светоотражающие цвета. Наконец, жидкость была подвергнута ультрафиолетовому излучению, под воздействием которого капли смолы с микрочастицами превратились в твердые микросферы.
Магнитохроматические микросферы также можно назвать фотонными кристаллами. «Отражая свет, эти кристаллы приобретают яркие цвета, - рассказывает Ядонг Йин. – При этом цвет каждого кристалла можно регулировать во всем видимом диапазоне спектра электромагнитных волн, от светло-фиолетового до красного цвета».

«В отличие от многих традиционных способов получения желаемого цвета, в данном случае мгновенная смена цвета происходит без каких-либо изменений в структуре или в свойствах, присущих микросферам, - комментирует Ядонг Йин. – Вместо этого перемены происходят в магнитных полях, внешне воздействующих на ориентацию микросфер. Наша работа представляет собой новый механизм вызова смены цвета в материалах. Теперь, впервые в истории, устойчивые фотонные материалы с регулируемой расцветкой можно выпускать серийно, в крупных масштабах».

Фотонный кристалл управляет потоком света (фотонов) и для внешнего света выступает в роли полупроводника. Расположение наночастиц определяет длину волны света, которую отражает фотонный кристалл.

Наночастицы оксида железа (Fe3O4) являются «суперпарамагнитными». Это означает, что они становятся магнитными только в присутствии внешнего магнитного поля. В отличие от них, ферромагнитные материалы магнетизируются в магнитном поле и сохраняют свой магнетизм, когда поле удаляют.

Исследователи из Калифорнийского университета использовали суперпарамагнитные свойства частиц оксида железа, чтобы регулировать расстояния между наночастицами, и тем самым – длину волны светового отражения (или цвета коллоидного кристалла), посредством изменения силы внешнего магнитного поля.«Другие, уже известные науке фотонные кристаллы могут отражать свет только фиксированной длины волны, - отмечает Ядонг Йин. - Наши кристаллы, напротив, демонстрируют быструю, широкую и полностью обратимую реакцию на воздействие внешнего магнитного поля».

«Включение» и «выключение» цвета внутри магнитных наноструктур достигается путем элементарного изменения ориентации массива частиц. Новая технология воспроизведения цветов имеет и такую особенность, как отображение двух устойчивых цветов одновременно, что востребовано в дисплеях со сменяемыми изображениями.

Среди потенциальных областей применения новой технологии - создание недорогих полноцветных дисплеев с миллионами мельчайших пикселей на основе фотонных кристаллов. Требуемый цвет для каждого пикселя может быть получен с помощью магнитного поля. Еще одной особенностью новой технологии является тот факт, что для всех пикселей в таком дисплее требуется всего лишь один материал – оксид железа. Более того, нет необходимости генерировать цвет в каждом пикселе, поскольку для создания изображений требуется только отраженный (внешний) свет.

Исследователи не сомневаются в том, что новая технология будет востребована в производстве дисплеев со сменяемыми надписями или изображениями, в изготовлении вывесок многоразового использования, плакатов, в документообороте и производстве этикеток. Предполагается, что магнитохроматические микросферы также найдут свое место в активируемых с помощью магнитных полей технологиях защиты ценных бумаг от подделки. Кроме того, материал на основе фотонных кристаллов, созданных учеными из Калифорнийского университета, теоретически можно использовать для создания экологически безвредных пигментов для красок и косметики, и вдобавок - применять его в качестве чернил для полноцветной печати.

«Эта технология является коммерчески привлекательной, поскольку оксид железа (а по сути – железная руда) является дешевым, нетоксичным сырьем, которого в мире вдосталь», - подчеркивает Ядонг Йин.

«У новой технологии – большой потенциал для широкого спектра применения фотонных материалов, поскольку цикл «включение – выключение» требуемого цвета путем вращения фотонной сферы происходит очень быстро, что значительно упрощает структуру пикселей, - комментирует Сунгхуон Квон, ведущий эксперт в биофотонике и наноинженерии Сеульского национального университета, лаборатория которого принимала активное участие в исследовании Ядонга Йина. – Таким образом, новая технология пригодна для изготовления дисплеев очень крупного формата, к примеру – интерактивной наружной рекламы».

«Традиционные способы получения регулируемых структурных цветов основываются на смене периодичности порядка коэффициента преломления материалов – на изменениях, которых сложно достичь или, другими словами, на процессах, проистекающих в течение длительного времени, - рассказывает Ядонг Ийн. – В нашем случае цвет меняется путем изменения относительной ориентации периодических массивов в микросферах с помощью удобного применения внешних полей. Эта технология имеет дополнительные преимущества, включая мгновенное действие, бесконтактный контроль и простую интеграцию в электронные устройства, уже представленные на рынке».

В дальнейшем Ядонг Йин и его коллеги планируют работать над специализированными сферами применения магнитохроматических микросфер. «Энергосберегающие дисплеи со сменным изображением, включая документы и постеры – наши приоритетные интересы», - отмечает доцент. - Мы также попробуем разработать схожий материал для датчиков, применяемых в химии и биологии».

Исследование, проводившееся на протяжении четырех месяцев, финансировалось из фонда Калифорнийского университета и фонда Исследований нефтепродуктов под руководством Американского химического сообщества.
Департамент Калифорнийского университета по коммерциализации технологий в Риверсайде подал заявку на получение патента и в настоящее время ищет партнеров, заинтересованных в выводе инновационной технологии на рынок.

Валентин Сучков



Чтобы получить представление о перспективности разработки ученых из Калифорнийского университета для рынка наружной рекламы и вывесок, «НАРУЖКА» провела блиц-интервью непосредственно с руководителем группы исследователей, доцентом Ядонгом Йином.

Господин Йин, сколько различных оттенков цветов могут отображать дисплеи, построенные на инновационной технологии магнитохроматических сфер?

По сути, микросферам можно придавать любой оттенок из различаемого человеческим глазом спектра цветов. При этом длину волны преломленного цвета можно регулировать в диапазоне 100 нм.

Насколько яркими, «живыми» и насыщенными являются цвета, отображаемые (создаваемые) фотонными кристаллами?

Мне сложно определить точную меру этих показателей. Поскольку фотонные кристаллы преломляют длину волны в достаточно узком диапазоне, цвета обычно выглядят очень ярко и четко. В силу того, что наша технология основана на отражении, четкость изображений также зависит от освещения.

Полагаете ли Вы, что новая технология сможет в будущем успешно конкурировать со светодиодными крупноформатными экранами и печатной рекламой на билбордах?

Несомненно. Проблемой дисплеев, построенных на базе светодиодов, является потребление электроэнергии, которая необходима для поддержки яркости статических изображений, анимации и видеороликов. Это особо ощутимо в ярко освещенных пространствах, к примеру – на улицах в солнечные дни: чтобы быть замеченным, светодиодный сигнал должен быть очень сильным. Наша же технология построена на отражении, поэтому, чем ярче внешнее освещение, тем заметнее сигнал. Разумеется, в темное время суток новая технология нуждается в дополнительном внешнем освещении.

Станет ли возможным в будущем воспроизводить полноцветное видео стандарта HD на дисплеях, построенных на базе полимерных микросфер?

Это возможно, но мы не планируем конкурировать с технологиями, которые уже применяются в этой сфере, к примеру, с жидкокристаллическими экранами.

Можете ли Вы сопоставить величины электроэнергии, которые требуются для работы светодиодного экрана и магнитохроматического дисплея одинакового формата?

К сожалению, я не владею точными данными, но если говорить о статическом изображении (как в случае с билбордами, использующимися в наружной рекламе), магнитохроматический дисплей в светлое время суток вообще не будет потреблять никакой электроэнергии, как только на нем будет сформирован требуемый имидж.

Какова в среднем долговечность дисплея, построенного на магнитохроматических наночастицах из оксида железа?

Цвет фотонных кристаллов образуется их физической структурой, и поэтому не выцветает со временем. Поэтому в принципе они могут служить практически вечно; их срок службы ограничивается только временем, в течение которого полимер сможет удерживать наночастицы внутри микросферы.


Рис. 1. Схематическая иллюстрация магнитохроматического эффекта, вызываемого вращением цепеобразных фотонных структур в магнитных полях

Рис. 2. Магнитохроматические микросферы различных цветов, полученных с помощью внешних магнитных полей.