Onderzoekers hebben kunstmatige 'kameleonhuid' ontwikkeld die van kleur verandert bij blootstelling aan licht en kan worden gebruikt in toepassingen zoals actieve camouflage en grootschalige dynamische displays.

Het materiaal, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Cambridge, is gemaakt van kleine deeltjes goud bedekt met een polymeer omhulsel, en vervolgens in microdruppeltjes water in olie geperst. Bij blootstelling aan warmte of licht, de deeltjes plakken aan elkaar, het veranderen van de kleur van het materiaal. De resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Geavanceerde optische materialen .

In de natuur, dieren zoals kameleons en inktvissen kunnen van kleur veranderen dankzij chromatoforen:huidcellen met samentrekkende vezels die pigmenten verplaatsen. De pigmenten worden uitgespreid om hun kleur te tonen, of samengeperst om de cel helder te maken.

De kunstmatige chromatoforen ontwikkeld door de Cambridge-onderzoekers zijn gebouwd op hetzelfde principe, maar in plaats van samentrekkende vezels, hun kleurveranderende vermogens zijn afhankelijk van door licht aangedreven nano-mechanismen, en de 'cellen' zijn microscopisch kleine waterdruppels.

Wanneer het materiaal boven 32C wordt verwarmd, de nanodeeltjes slaan in een fractie van een seconde grote hoeveelheden elastische energie op, terwijl de polymeercoatings al het water verdrijven en instorten. Dit heeft het effect dat de nanodeeltjes worden gedwongen om samen te binden tot hechte clusters. Als het materiaal is afgekoeld, de polymeren nemen water op en zetten uit, en de gouden nanodeeltjes worden sterk en snel uit elkaar geduwd, als een veer.

"Door de nanodeeltjes in de microdruppels te laden, kunnen we de vorm en grootte van de clusters regelen, waardoor we dramatische kleurveranderingen krijgen, " zei Dr. Andrew Salmon van Cambridge's Cavendish Laboratory, de co-eerste auteur van de studie.

De geometrie van de nanodeeltjes wanneer ze zich in clusters binden, bepaalt in welke kleur ze verschijnen:wanneer de nanodeeltjes uit elkaar liggen zijn ze rood en wanneer ze samenklonteren zijn ze donkerblauw. Echter, de waterdruppels comprimeren ook de deeltjesclusters, waardoor ze elkaar overschaduwen en de geclusterde staat bijna transparant maken.

Momenteel, het door de Cambridge-onderzoekers ontwikkelde materiaal zit in een enkele laag, dus kan alleen worden gewijzigd in een enkele kleur. Echter, verschillende materialen en vormen van nanodeeltjes kunnen in extra lagen worden gebruikt om een ​​volledig dynamisch materiaal te maken, als echte kameleonhuid.

De onderzoekers zagen ook dat de kunstmatige cellen op eenvoudige manieren kunnen 'zwemmen', vergelijkbaar met de algen Volvox. Door een licht op een rand van de druppeltjes te laten schijnen, wordt het oppervlak naar het licht toe afgepeld, naar voren duwen. Onder sterkere verlichting, Hogedrukbellen vormen zich kort om de druppeltjes langs een oppervlak te duwen.

"Dit werk is een grote vooruitgang in het gebruik van technologie op nanoschaal om biomimicry te doen, "Zei co-auteur Sean Cormier. "We zijn nu bezig om dit te repliceren op roll-to-roll films, zodat we meters kleur veranderende vellen kunnen maken. Met gestructureerd licht zijn we ook van plan om het door licht getriggerde zwemmen te gebruiken om druppels te 'kudden'. Het zal heel spannend zijn om te zien welk collectief gedrag wordt gegenereerd."