Cercetătorii se inspiră de la perle și pene de păsări pentru a produce culori structurale mai simplu
Culorile din natură nu sunt întotdeauna produse de pigmenți. Perlele, penele de păsări, aripile de fluturi și opalele afișează culori strălucitoare prin interacțiunea luminii cu structuri microscopice, un fenomen cunoscut sub numele de culoare structurală. Pornind de la aceste fenomene naturale, o echipă de cercetare condusă de profesorul Shu Yin de la Universitatea Tohoku, în colaborare cu cercetători de la Universitatea Osaka, Universitatea Națională de Tehnologie din Taipei, Universitatea de Știință și Tehnologie din Beijing și compania Daito Kasei Kogyo, a dezvoltat o metodă mai simplă de a produce culori structurale vii. Rezultatele au fost publicate în revista Advanced Materials.
Materialele convenționale pentru culori structurale necesită de obicei un control precis al structurilor microscopice pentru a genera culori specifice, ceea ce le face dificil și costisitor de fabricat. Cercetătorii au abordat această provocare combinând structura stratificată a perlelor cu proprietățile de absorbție a luminii ale penelor de păsări. Spre deosebire de metodele clasice, noua abordare nu necesită structuri microscopice perfect ordonate. Lumina se reflectă și interferează în interiorul straturilor neregulate, iar materialele care absorb lumina contribuie la intensificarea culorilor rezultate.
Straturi neregulate și absorbanți de lumină
Pentru a crea materialele, cercetătorii au produs mai întâi o structură stratificată folosind carbonat de ceriu hidratat. Acest material formează straturi subțiri și neregulate care reflectă lumina în moduri diferite. Pe măsură ce lumina se reflectă între aceste straturi, undele reflectate interacționează, creând un aspect alb, perlat, delicat. Echipa a adăugat apoi materiale care absorb lumina, precum oxihidroxidul de fier (FeOOH), la suprafață. Aceste materiale absorb anumite lungimi de undă, permițând celorlalte culori reflectate să iasă mai clar în evidență. Ajustând tipul și cantitatea de materiale absorbante, cercetătorii au obținut o gamă largă de culori, inclusiv roșu, albastru, violet și verde.
Pentru a îmbunătăți stabilitatea materialelor, cercetătorii au folosit tratamentul termic pentru a transforma carbonatul de ceriu hidratat în oxid de ceriu (CeO₂) și oxihidroxidul de fier în oxid de fier (Fe₂O₃). Chiar și după încălzire, materialele și-au păstrat structura stratificată și aspectul perlat, ceea ce le-ar putea face mai promițătoare pentru aplicații practice.
Testarea culorilor în acoperiri și cosmetice
Această metodă mai simplă de producere a culorilor structurale oferă cercetătorilor mai multă flexibilitate în proiectarea de noi materiale. Pentru a explora modul în care acestea ar putea fi utilizate, echipa a creat lucrări artistice colorate și acoperiri, a adăugat materialele în materiale plastice și le-a aplicat chiar pe pielea umană pentru a explora potențialul lor de utilizare în cosmetice.
„Găsirea unei metode mai simple de a crea culori este doar începutul”, spune Yin. „Următorul pas este să explorăm cum le putem folosi în viața de zi cu zi. Rezultatele noastre arată că aceste materiale au potențial pentru diferite aplicații și sperăm să construim pe baza acestei lucrări în viitor.”
