Светлячки стали прототипами диодов

«Еще мелькают в глазах

Горные вишни…И чертят огнем

Вдоль них светлячки над рекой» (Басе)

«Ах, не топчи траву!

Там светлячки сияли

Вчера ночной порой.» (Исса)

Те из вас, кому посчастливилось наблюдать летом сказочное мерцание светлячков в лесу, уже никогда не забудет это зрелище.

Светлячки представляют собой семейство наземных ночных жуков, которые обладают способностью вырабатывать в темноте холодный желтовато-зеленый свет. Они имеют темно-коричневый окрас и в длину достигают около 1.5 сантиметров. В мире насчитывается около 2000 их разновидностей и практически все жучки, как и их личинки, являются хищниками.

Гораздо чаще светлячков можно встретить в условиях тропического и субтропического климата, чем в нашем умеренном географическом поясе. Светятся они в основном для общения со своими собратьями, испуская половые, поисковые, защитные и территориальные сигналы. 
На кончике брюшка под прозрачной частью панциря у светлячков находится несколько сегментов, в которых под воздействием люциферазы происходит смешение люциферина и кислорода. Процесс окисления или расщепления люциферина и становится главной причиной, почему жуки выделяют свет. 

Свечение этих насекомых относится к видимой желто-зеленой части спектра, соответствующей длинам волн от 500 до 600 нм, и может быть разным по интенсивности и продолжительности.

Светлячки переводят в холодное световое излучение 87 — 98% затраченной, энергии, в отличие от  от обычной электрической лампы, где основная часть энергии переходит в бесполезное тепло, а КПД составляет всего 5 — 10 %

Биолюминесцентный орган (фотофор светлячка, напоминающий обычный фонарик), состоит из 3-х слоев:

  1. Нижний слой, зеркальный и способен отражать свет
  2. В среднем слое находятся фотогенерирующие клетки, вырабатывающие свет
  3. Верхний представляет собой светопрозрачную кутикулу

Корейские ученые заинтересовались наноструктурой внешнего кутикулярного слоя, на поверхности которого расположены особые складки со средним размером 150 нанометров. Эта складчатая структура делает внешний слой более прозрачным для излучаемого света, чем гладкая поверхность.

Вот такая структура рассеивающей поверхности повышенной прозрачности и была создана для светодиодов, повторяющих  строение брюшка светлячка Luciola lateralis.

Эти мощные и яркие светодиоды применяются для ламп подсветки жидкокристаллических мониторов, вспышек фотокамер на мобильных телефонах, а также в качестве источника света для дома, автомобилей и в медицинских приборах.

Для создания светодиодов инженеры сначала просчитали математическую модель, которая позволила оптимизировать размеры микроскопических выступов под нужную длину волны света. Затем при помощи литографии изготовили матрицу-штамп, который заливался полимером, близким по коэффициенту преломления света к хитиновой кутикуле жуков,  В результате изобретателям удалось добиться 98% прозрачности поверхности светодиода.

Особая микроструктура поверхности влияет не только на оптические, но и одновременно на химические свойства материала, чем сумели воспользоваться уже другие учёные. Они создали стекло, которое благодаря микроскопическим выступам на поверхности не отражает бликов и не адсорбирует пыль и грязь.
Ещё одной группе инженеров, используя подобные выступы немного другой формы, удалось изготовить водо- и грязеотталкивающую, омнифобную поверхность.
А начиналось все с детского любопытства – почему светятся светлячки?
Многие виды светлячков в состоянии по своему желанию уменьшать и увеличивать интенсивность свечения или излучать прерывистый свет. Когда нервная система жука подает сигнал о «включении» света, в фотофор начинает интенсивно поступать кислород, а для «выключения» достаточно прекратить его подачу. 
Некоторые виды светлячков в Таиланде способны синхронно испускать вспышки света в определенном ритме. 

В природе у светлячков практически нет врагов, так как для защиты от хищников они используют свечение, предупреждающее о том, что объект несъедобен.

А в Японии, обитающие там светлячки, находятся под защитой правительства.

 

Светлячки стали прототипами диодов
5 (100%) 5 votes

Добавить комментарий