Oogverblindende libellenvleugels kunnen dichters rapsodiseren, maar wetenschappers verlangen naar een beter begrip. Vooral, ze willen de chemie kennen van de verschillende lagen die aanleiding geven tot natuurlijke fotonische kristallen die helpen bij het creëren van kleur.

Nutsvoorzieningen, een samenwerking van Braziliaanse onderzoekers van de Federale Universiteit van Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazilië, hebben samengewerkt met Minnesota-experts op het gebied van chemische oppervlaktebeeldvorming bij Physical Electronics, Inc. (PHI) om het kleurmechanisme van de mannelijke Amazone-glittervleugellibel (Chalcopteryx rutilans) uit te puzzelen.

Onderzoekers zullen hun resultaten en analyses van moleculaire oppervlaktebeeldvorming presenteren tijdens het AVS 64th International Symposium and Exhibition 29 oktober-nov. 3, 2017, in Tampa, Florida. Ze analyseerden zowel transparante als gekleurde vleugels om te correleren met de elektronenmicroscopie en optische resultaten.

De kleuren van de glittervleugel overspannen het zichtbare spectrum met glinsterend rood, blauw, en geel/groene gebieden op de vleugels, waarvan ze de bron hopen te vinden.

Braziliaanse onderzoekers hebben gedeeltelijke antwoorden op deze vraag afgeleid met behulp van elektronenmicroscopiemethoden van scanning-elektronenmicroscopie (SEM) en transmissie-elektronenmicroscopie (TEM). Onderzoek naar de kleurmechanica van de glittervleugels onthulde dat de iriserende vleugels meerdere afwisselende lagen hebben met verschillende elektronische dichtheden. De variatie van de lokale kleur was gerelateerd aan het aantal en de dikte van de lagen, die over de vleugel veranderde.

Terwijl het meten van de dikte en het aantal lagen gemakkelijk haalbaar was met elektronenmicroscopie, de aanpak was niet in staat om de chemie van de verschillende lagen te karakteriseren die aanleiding gaven tot deze natuurlijke fotonische kristallen. Om het kleurmechanisme volledig te begrijpen, ze moesten chemische structuren in de vleugel meten.

Door samen te werken met Minnesota-collega's bij PHI, ze maten de feitelijke chemie in de vleugelstructuur met een geavanceerde moleculaire oppervlaktebeeldvormingstechniek die bekend staat als Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (TOF-SIMS). Deze uiterst gevoelige oppervlakteanalysetechniek kan zeer gedetailleerde moleculaire en elementaire gegevens over oppervlakken onthullen, dunne lagen en interfaces in zowel 2D als 3D. TOF-SIMS kan worden gebruikt om de 3D-structuur en chemie van een breed scala aan organische en anorganische materialen te onderzoeken, zowel synthetisch als natuurlijk voorkomend.

Een van de meest interessante bevindingen die het team ontdekte, is dat de periodieke veranderingen in lokale elektronendichtheden kunnen overeenkomen met variaties in de natrium- (Na) en kalium (K)-concentraties door de dikte van de vleugel. Ze konden geen vergelijkbare bevindingen in de literatuur vinden, echter.

David M. Carr, een ingenieur en senior wetenschapper bij PHI, brengt het belang van de techniek van de natuur en de toepassingen ervan in de technologische ontwikkeling aan het licht.

"De natuur kan vaak voorbeelden bieden voor technische oplossingen. Het hele veld van biomimicry is gewijd aan het leren van de natuur voor mogelijke oplossingen voor moeilijke technische problemen, " zei Carr. "Elk natuurlijk monster heeft unieke eigenschappen en kan ons veel leren."