Kleur deze wetenschappers blij. Een exotische gel die ze bestudeerden aan het National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft een onverwachte eigenschap:de temperatuur van het materiaal bepaalt welke kleur licht er doorheen kan.

Het materiaal, dat het onderzoeksteam "SeedGel" noemt, is al veelbelovend gebleken als een multifunctioneel hulpmiddel, met toepassingen variërend van batterijen tot waterfilters tot tissue engineering. Het nieuwe artikel van het team, dat verschijnt in Nature Communications , benadrukt het nieuwe vermogen van de gel als een temperatuurgevoelig lichtfilter. Schijn wit licht op de gel en afhankelijk van de temperatuur van de gel zal er alleen een specifieke golflengte of kleur doorheen gaan. Een temperatuurverandering van minder dan een tiende graad Celsius kan voldoende zijn om de toegestane golflengte te wijzigen, die elke kleur in het zichtbare bereik kan zijn, evenals delen van het ultraviolet en infrarood.

"Ons eerdere werk toonde aan dat de SeedGel kan transformeren van helder naar ondoorzichtig en weer terug, maar we hebben niet onderzocht wat het met kleur kan doen", zegt Yun Liu, die zowel een wetenschapper is bij het NIST Center for Neutron Research (NCNR) en een professor aan de Universiteit van Delaware. "Het vermogen om de kleur precies te beheersen, was een nieuwe ontdekking."

De creatie van het team onderscheidt zich van andere die misschien bekend zijn van de markt. Verwar het niet met een stemmingsring, waarvan de thermochrome vloeibare kristallen van kleur veranderen met de temperatuur. Het is ook geen variatie op meekleurende zonnebrilglazen, die donkerder worden bij blootstelling aan ultraviolette stralen. In plaats daarvan functioneert de gel als een temperatuurgevoelige poort voor een bepaalde golflengte van licht.

Hun gel begint als een transparante vloeistof gemaakt van water en vloeibare oplosmiddelen waaraan silica-nanodeeltjes zijn toegevoegd. Als dit mengsel tot een bepaalde temperatuur wordt verwarmd, zullen de vloeistoffen en nanodeeltjes een fysieke gel vormen die aanvankelijk transparant blijft maar nu een andere interne structuur heeft. In plaats van een vormloze vloeistof, vormen de vloeistoffen in elkaar grijpende microscopische kanalen, met de nanodeeltjes in een ervan opgesloten.

Terwijl het wordt verwarmd door een specifiek bereik van hogere temperaturen, verschijnt het nieuw ontdekte effect:de gel wordt ondoorzichtig voor alle kleuren behalve individuele kleuren, waarbij eerst kortere, blauwere golflengten worden doorgelaten en vervolgens geleidelijk langere, rodere golflengten. Uiteindelijk, zodra dit temperatuurbereik wordt overschreden, wordt de gel ondoorzichtig voor al het zichtbare licht.

Neutronenverstrooiingsexperimenten uitgevoerd bij de NCNR verklaren dit ongebruikelijke gedrag. Het veranderen van de temperatuur veroorzaakt een uitwisseling van vloeibare moleculen tussen de microscopische kanalen, waardoor de algehele brekingsindex van deze kanalen verandert. Eén golflengte van licht komt door, maar andere kleuren worden verstrooid.

Het gedrag is een voorbeeld van het Christiansen-effect, dat in 1884 werd vastgesteld. Er bestaan ​​filters die afhankelijk zijn van het Christiansen-effect, maar de onderzoekers geven aan dat hun nieuwe gel duidelijke voordelen biedt voor de industrie:hun gel is niet alleen gevoeliger voor temperatuurveranderingen , maar het potentiële temperatuurbereik waarin het werkt is groter, omdat het kan worden aangepast tot ergens tussen de 15 en 100 graden Celsius. Het kan worden afgestemd om een ​​breed scala aan golflengten te bestrijken, mogelijk van ultraviolet (van iets minder dan 400 nanometer) tot nabij-infrarood (tot 2500 nanometer). En het laat meer licht door dan typische Christiansen-filters.

Omdat de gel - ongeacht de aanpassingen - is gemaakt van goedkope, gemakkelijk verkrijgbare materialen, biedt het voordelen voor de industrie, zei Yuyin Xi, een teamlid van de Universiteit van Delaware.

"De aanpak is veelzijdig met een grote afstembaarheid en het productieproces kan eenvoudig worden opgeschaald", zei hij. "Het is een veelbelovende kandidaat voor gebruik in een reeks slimme optische apparaten en nieuwe klassen materialen met kleurtoepassingen." + Verder verkennen

Gel met nanodeeltjes verenigt olie en water in een productievriendelijke benadering