Yeniden Yazılabilir Fotonik Kağıt

Fotonik kristaller malzemenin yeni bir çeşididir. Fotonik kristaller band aralığı yönünden yarıiletkenlerle benzerlik gösterirler, ancak bu durumda elektronlarla fotonlar yer değiştirirler. Burada fotonlar, ışığın birimsel hâlidir. Fotonik kristallerin dielektrik sabitlerinde kontrast ile malzemelerin periyodik dış yapıları oluşturarak, yarıiletkenlerin katkılı bölgeleri sayesinde doğrudan yönlenen elektronlara benzer bir yolla fotonik kristaller sayesinde ışığı izleme kılavuzu mümkün olabilir. Fotonik band geçiş aralığı (ışığın belirli bir frekans aralığı yayılması yasaklar) geleneksel optik ile mümkün olan etkileri ve hayret verici kolaylıkla ışığın kontrol edilmesine ve farklı optik olayların çıkmasına izin verir.

Fotonik kristaller, sensör aygıtların fabrikasyonu için çok uygun çünkü bu optik sinyallere duyarlı malzemeler, modülasyonlar ve çeşitli dış uyarıcılar ile sıkı sıkıya bağlıdırlar. Onlar bilgi ve iletişim teknolojisinde tüm optik aygıtlara doğru bir yol üzerinde kayda değer bir rol de üstlenirler – onlar optik bileşenler ve devrelerin gelecekte elde edilmesi için bir temel malzeme formudur ve belki daha karmaşık optik devreler veya optik bilgisayarlar da bu malzemelerle mümkün olabilecek.

Son günlerde aktif oldukları bir uygulama alanı da fotonik kağıt ve mürekkep. Fotonik kağıt ve ekranların avantajından biri günışığında şeffaf olmaları ve parlaklıklarıdır ve bu fotonik kağıt ve ekranlar, reklam bilboardları gibi dışarıda kullanılan diğer ekran teknolojileri karakteristiklerine üstündürler. Başka bir avantaj, kayıt amaçlı, fotonik kağıdın yapısal renkleri genellikle geleneksel pigment ve boyalardan daha fazla dayanıklıdır.

Ayrıca, bir takım sorunların, fotonik kristal tabanlı malzemelerin pratik uygulamaları önüne geçer. Kaliforniya’dan araştırmacılar tarafından, kağıdın yüzey katmanında nem çekme özelliği bulunan bir tuzu kullanılarak silinebilen veya yazılabilen uzun ömürlü mürekkep izleri üzerinde yeniden yazılabilir fotonik kağıt adıyla yeni bir kağıt türü böylelikle bildirildi.

Kaliforniya’dan araştırmacıların çalışmalarının anahtar noktası mürekkep gibi kullanılan nem çekici tuzlardır, bu mürekkep benzeri madde fotonik kristallerin kabarık polimer kalıbı hâlindedir ve fotonik kağıt üzerinde kırınım renkleriyle çok dayanıklı kontrast oluşturur. Mürekkep izleri, su içinde ve kurutma sonrasında kağıt durulanarak silinebilir. Fotonik kağıdın yeniden yazılabilirliği ve kullanılan malzemelerin düşük zehirliliği, bu kağıdı ve mürekkep sistemini çevre dostu, ucuz ve renkli yazma ve görüntüleme ile ilgili genel uygulamalar için kullanışlı yapar.

California Üniversitesi’nde Kimya Bölümü’nde Yardımcı Profesör olan Yadong Yin, çalıştığı laboratuvarının mevcut fotonik kağıt üretim teknolojilerine göre bu yeni buluş için yapılan birkaç önemli düzenlemeleri şöyle aktardı:

1. Geleneksel olarak, fotonik kristal tabanlı kağıt için üretim tipik olarak çok yavaş süreçlerdir, kolloidal sedimantasyon ve çözücü buharlaştırma gibi. Bu sürecler genelde günler hatta orta derece boyutlarla fotonik kristal büyütülmesiyle aylar alır. Bu nedenle de onların pratik kullanımı sınırlanır. Bu çalışmada ise, fotonik kağıt bir dış alan kullanılarak periyodik sırayla birleştirilen manyetik parçacıklar ile hemen üretilebilir. Periyodik fotonik yapılar bir polimer kalıbında hemen sabitlenebilir. Bu gelecekte seri üretimi sağlar.
2. Yine geleneksel olarak, fotonik kağıtta yazılan renk bilgisi buharlaşan çözücü (mürekkep) uygulanmasıyla gerçekleştirilir: Kabaran polimer kalıpta fotonik yapının periyodik değişiklikleri ve mürekkep lekeli bölgede renk değişimleri sonuçta sağlanır. Çözücü buharlaştığı zaman renk gözden kaybolur. Böylece renk yazımı daimi kalmaz. Bu çalışmada ise, mürekkep inorganik nem çekici tuzun su-etanol çözeltisidir. Bu tuz çözeltisi oda sıcakığında buharlaşmaz ve renk bilgisi uzun süre için polimer kalıpta tutulur. Yazılan bilginin silinmesi tuz çözeltisine eklenen suyun kullanılmasıyla basitçe gerçekleştirilir.
3. Bu çalışmada diğer geleneksel yöntemlerden farklı olarak kullanılan mürekkep malzemesi ve durulama suyu (ve fotonik kağıdın kendisi) zehirli değil ve çevreye zararsızdır.

Yin’in ekibi, baştan sona hızlı manyetik alanla uyarılmış self-assembly Fe₃O₄@SiO₂ koloiti fotonik kağıdın yeni türü olarak hazırladılar. Fotonik kağıt esnek plastik alttaş veya cam alttaş üzerine üretilebilir. Onların bulguları Advanced Materials dergisinin 17 Temmuz 2009 tarihindeki yayınında yayınlandı. Makale:Rewritable Photonic Paper with Hygroscopic Salt Solution as Ink

Yin ve ekibinin bu çalışması ile var olan fotonik kağıt üretim tekniklerine göre yeniden yazılabilir fotonik kağıt sistemleri seri üretim için kolaylıklar sağlarken, desen üretiminde çok yönlülük ve gündüz aydınlığında parlak renk gibi yeni avantajlar getirdi.

Yin ve ekibinin yakın gelecek çalışması bu fotonik kağıtın daha üstün bir çözünürlükğe çıkarmak üzerine olacak ve bu pratik uygulamalar için önemli bir faktör.

Çeviri  : Gökhan Atmaca | KuarkMNB
Kaynak: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=12170.php