Onderzoekers hebben aangetoond waarom intense, pure rode kleuren in de natuur worden voornamelijk geproduceerd door pigmenten, in plaats van de structurele kleur die heldere blauwe en groene tinten produceert.

De onderzoekers, van de Universiteit van Cambridge, gebruikte een numeriek experiment om de grenzen van matte structurele kleuren te bepalen - een fenomeen dat verantwoordelijk is voor enkele van de meest intense kleuren in de natuur - en ontdekte dat het zich alleen uitstrekt tot blauw en groen in het zichtbare spectrum. De resultaten, gepubliceerd in PNAS , kan nuttig zijn bij de ontwikkeling van niet-giftige verven of coatings met een intense kleur die nooit vervaagt.

structurele kleur, die wordt gezien in sommige vogelveren, vlindervleugels of insecten, wordt niet veroorzaakt door pigmenten of kleurstoffen, maar alleen interne structuur. Het uiterlijk van de kleur, mat of iriserend, zal afhangen van hoe de structuren op nanoschaal zijn gerangschikt.

besteld, of kristallijn, structuren resulteren in iriserende kleuren, die veranderen wanneer ze vanuit verschillende hoeken worden bekeken. wanordelijk, of gecorreleerd, structuren resulteren in hoekonafhankelijke matte kleuren, die er vanuit elke kijkhoek hetzelfde uitzien. Aangezien de structurele kleur niet vervaagt, deze hoekonafhankelijke matte kleuren zouden zeer nuttig zijn voor toepassingen zoals verven of coatings, waar metallic effecten niet gewenst zijn.

"Naast hun intensiteit en weerstand tegen vervaging, een matte verf die gebruik maakt van structuurkleur zou ook veel milieuvriendelijker zijn, omdat er geen giftige kleurstoffen en pigmenten nodig zouden zijn, " zei eerste auteur Gianni Jacucci van de scheikunde van Cambridge. "Echter, we moeten eerst begrijpen wat de beperkingen zijn voor het opnieuw creëren van dit soort kleuren voordat commerciële toepassingen mogelijk zijn."

"De meeste voorbeelden van structurele kleuren in de natuur zijn iriserend - tot nu toe, voorbeelden van natuurlijk voorkomende matte structuurkleuren bestaan ​​alleen in blauwe of groene tinten, " zei co-auteur Lukas Schertel. "Toen we hebben geprobeerd om matte structurele kleuren voor rood of oranje kunstmatig opnieuw te creëren, we eindigen met een resultaat van slechte kwaliteit, zowel qua verzadiging als kleurzuiverheid."

De onderzoekers, die zijn gevestigd in het laboratorium van Dr. Silvia Vignolini, gebruikte numerieke modellering om de beperkingen van het creëren van verzadigde, pure en matrode structuurkleur.

De onderzoekers modelleerden de optische respons en het kleurverschijnsel van nanostructuren, zoals gevonden in de natuurlijke wereld. Ze vonden dat verzadigde, matte structuurkleuren kunnen niet worden gereproduceerd in het rode gebied van het zichtbare spectrum, wat de afwezigheid van deze tinten in natuurlijke systemen zou kunnen verklaren.

"Vanwege het complexe samenspel tussen enkele verstrooiing en meervoudige verstrooiing, en bijdragen van gecorreleerde verstrooiing, vonden we dat naast rood, geel en oranje zijn ook nauwelijks te bereiken, ' zei Vignolini.

Ondanks de schijnbare beperkingen van structurele kleur, de onderzoekers zeggen dat deze kunnen worden overwonnen door andere soorten nanostructuren te gebruiken, zoals netwerkstructuren of meerlagige hiërarchische structuren, hoewel deze systemen nog niet volledig worden begrepen.