【大紀元2013年12月26日訊】（大紀元記者沙莉編譯報導）美國賓夕法尼亞大學的科學家在開發一種液晶花種植技術，使人們有可能製造像蜻蜓複眼一樣複雜的透鏡。如果這種技術完善，就可以在曲面上長出液晶透鏡或可用於組裝的液晶結構，由此打造新材料、智能表面、微透鏡陣列和先進的傳感器。
據Gizmag網站報導，這項研究是「定向組件」納米技術的重要進展，科學家通過指定起始條件，讓物理和化學過程進行組裝工作，並打造出微小結構。
要想用液晶製造透鏡，研究人員需要在透明液晶池裡植入微小的矽珠，以得到「缺陷圖案」，這是一種有用的在液晶中發生的重複圖案，呈現為納米級網格和圓環。新的研究嘗試從一個更簡單的模板產生一種更複雜的圖案：花形的三維陣列。圍繞「缺陷圖案」液晶以分層的方式形成花瓣狀的形狀，從而產生類似昆蟲複眼的花狀結構。因為這種「花」的花瓣由透明液晶製成，從中心點呈圓形擴散，整體類似一個複眼，因此可以用作透鏡。
這種液晶應用是納米技術方興未艾的領域，科學家和工程師的目標是製造最小尺度的結構，而不必單獨地操縱各組成部份。相反，精確定義初始條件，讓這些組件發生的物理和化學反應做完餘下的工作。
研究人員早期實驗的起始條件是在模板上放置微小柱體。研究中發現，改變這些柱體的大小、形狀或間距會導致它們之上液晶表面「缺陷圖案」發生相應變化。在另一項實驗中，他們發現，可以圍繞個別柱體製作「呼啦圈」缺陷，然後將「呼啦圈」作為第二個模板，在表面產生缺陷環。
賓大藝術與科學學院物理學和天文學教授Randall Kamien解釋說，「這就像我們小時做冰糖一樣，糖自然會產生結晶，但是你需要在糖裡放進一個東西（通常是一根棍子或繩子），讓它出現在你想要它出現的地方。我們是在更小的尺寸下進行這個做法。我們利用了向材料裡加入繩索就能形成有序結構的特性。就像人工養殖珍珠，在牡蠣殼裡放進一顆種子，它自然會產生珍珠層包裹種子。」
透明液晶形成的每個花瓣都可以充當透鏡，因為光可以與它的彎曲表面交互作用。因為可以操縱單個透鏡，使它們直徑達到幾微米至數十微米，就可能創建幾十微米到毫米大小的透鏡集合「花兒」，該技術使人們有可能種植出複雜如蜻蜓眼睛的液晶眼睛，蜻蜓眼睛有數百萬球面透鏡，使它能夠堆疊大量的圖像並轉換成3D圖像。
賓大工程學院材料科學與工程教授楊澍（Shu Yang）說，「研究人員試圖製造這樣的複眼，可用於相機或探測器。但是不可能一步到位製造出數百萬的眼睛，也不便宜。而自組裝式透鏡花朵卻有可能一步到位創建複眼，我們則可以控制模板的曲率，就是說，我們可以首先確定種植種子的方式，以確定如何將透鏡聚合在一起，數量有多少，有何種形狀。」
以這種方式種植透鏡提供了許多令人興奮的可能性。在一個單一透鏡眼睛裡，可以從中心至邊緣改變尺寸，這個功能對某些類型的應用非常有用。生物傳感器可以從很多鏡頭同時收集信息。由於透鏡在液晶中形成，液晶又是很容易重新配置的材質，有可能製造可自我修復可重新配置的光學裝置。
賓大工程學院工程化學和生物分子工程教授斯泰皮（Kathleen Stebe）說，「我們可以製造出能夠拍攝全部表面的廉價鏡頭，可以從許多點傳輸圖像，並通過算法進行重建，提供給人更高的分辨率，可製造柔性襯底攝像頭，彎曲基板鏡頭。」
創建新的合成超材料，由其中各組分的排列和形狀來決定它的物理性質，將成為可能。
楊澍說，「我們也有興趣研究動態改變超材料的物理特性，可以通過調節種子的形狀和佈局來實現。這些材料可用來創建超級透鏡，它可以生成比光波長小得多的完美影像，也可以製造藥物制放系統、機械超材料形狀和聲學隱形斗篷。」
該小組預計在未來10年之內，這些透鏡可用於液晶顯示器。
研究團隊成員為Daniel A. Beller、Mohamed A. Gharbi、 Apiradee Honglawan、Kathleen J. Stebe、Shu Yang及Randall D. Kamien，研究結果發表在物理評論X（Physical Review X）上。
（責任編輯：畢儒宗）
