flinterdun, krasvaste films kunnen een regenboog van kleuren genereren met behulp van willekeurige metalen nanostructuren.

De oogverblindende kleuren van pauwenveren ontstaan ​​door de fysieke interactie van licht met biologische nanostructuren. Onderzoekers hebben ontdekt hoe ze deze natuurlijke truc die bekend staat als structurele kleuring kunnen benutten in een grootschalige printtechnologie die lichtgewicht en ultraresistente coatings produceert in elke gewenste kleur.

Onderzoekers produceren routinematig fotonische structuren om het gedrag van licht te beïnvloeden voor toepassingen zoals glasvezelcommunicatie. Veel groepen hebben fotonische technologie gebruikt om nieuwe vormen van kunstmatige structurele kleuren te genereren die profiteren van het hele spectrum van zichtbaar licht.

Het is een uitdaging om deze technologie uit het lab te halen, echter, omdat fotonische nanostructuren vaak kwetsbaar zijn en moeilijk in praktische hoeveelheden te produceren.

Andrea Fratalocchi van het elektrotechnische programma van de universiteit en collega's van de universiteit van Harvard en ETH Zürich gebruikten natchemische technieken om de moeilijkheden van het opschalen van fotonische kleuren te overwinnen. Geïnspireerd door de nanoporeuze veren van de pruimkeelcotingavogel, de aanpak van het team begon met het sputteren van een op platina-aluminium gebaseerde legering op een doeloppervlak. Vervolgens, een proces genaamd dealloying lost het meeste aluminium op en zorgt ervoor dat het resterende metaal zich reorganiseert in een hobbelig netwerk met open nanoporiën.

Volgende, de onderzoekers brachten een ultradunne laag beschermende saffier aan op het metalen netwerk om zowel het oppervlak te beschermen als de manier te wijzigen waarop licht interageert met de fotonische nanoporiën. Verrassend genoeg, kleine veranderingen van de saffierdikte van 7 tot 53 nanometer leverden opmerkelijke kleurveranderingen op - de aanvankelijk transparante film onderging stapsgewijze overgangen naar geel, Oranje, rode en blauwe tinten.

"Het beheersen van deze kleuren is experimenteel heel eenvoudig en maakt gebruik van coatingtechnologieën die goedkoop en gemakkelijk te implementeren zijn, "zei Fratalocchi. "Echter, het kostte maanden werk om te begrijpen hoe de complexe interacties tussen licht en materie kleuren genereren."

De simulaties op hoog niveau van het team hebben vastgesteld dat de kleurgeneratie begint wanneer licht op het metaal valt en golfachtige entiteiten genereert die bekend staan ​​​​als oppervlakteplasmonen. Terwijl de plasmonen interageren met de willekeurig verdeelde poriën, ze raken gevangen en modulaties in de brekingsindex van de coating produceerden epsilon-bijna-nulgebieden in de nanoporiën waar golven zich extreem langzaam voortplanten. Het toevoegen van de saffierfilm veroorzaakte extra reflecties van de gevangen golven, die een stroom van verzadigde kleuren creëerde door middel van resonantie-effecten.

Fratalocchi merkte op dat de manier waarop kleuren in deze structuur worden gevormd, de weg kan openen voor "programmeerbare" nanomaterialen voor veel toepassingen.

"Stel je een kras voor op een auto die opnieuw kan worden gespoten met een extreem dun materiaal zonder andere dure procedures, of als lichtgewicht, onderhoudsvrije manier om vliegtuigen te coaten, " verklaarde hij. "Deze technologie zou een echte revolutie kunnen zijn."