Ze leggen uit:"In eerder werk sinds 2020 waren we de eersten die een nauwkeurige controle van de deeltjesgrootte bereikten en colloïdale suspensies van bolvormige en kristallijne siliciumnanodeeltjes ontwikkelden. Deze afzonderlijke siliciumnanodeeltjes verstrooien licht in heldere kleuren door het fenomeen 'Mie-resonantie', dat stelt ons in staat structurele kleureninkten te ontwikkelen."

Bij Mie-resonantie reflecteren bolvormige deeltjes met een grootte die vergelijkbaar is met de golflengte van licht specifieke golflengten bijzonder sterk. Dit betekent dat de kleur die voornamelijk uit de suspensie terugkomt eenvoudig kan worden gecontroleerd door de grootte van de deeltjes te variëren.

In hun werk gepubliceerd in het tijdschrift ACS Applied Nano Materials , Fujii en Sugimoto demonstreren dat de ophanging op oppervlakken kan worden aangebracht en zo het onderliggende materiaal zal bedekken in een vorm van structurele kleur die niet afhankelijk is van de kijkhoek.

Dit komt omdat de kleur niet wordt geproduceerd door de interactie van licht dat wordt gereflecteerd door aangrenzende structuren zoals bij "traditionele" structurele kleuren, maar door de zeer efficiënte verstrooiing ervan rond individuele nanosferen. Sugimoto legt nog een ander voordeel uit:"Een enkele laag dun verspreide siliciumnanodeeltjes met een dikte van slechts 100-200 nanometer vertoont heldere kleuren maar weegt minder dan een halve gram per vierkante meter. Dit maakt onze siliciumnanobolletjes tot een van de lichtste kleurlagen ter wereld. wereld."

Het team van Kobe University gebruikte computationele simulaties om de eigenschappen van de inkt onder verschillende omstandigheden te onderzoeken, bijvoorbeeld door de grootte van de deeltjes en de afstand daartussen te variëren, en bevestigde vervolgens hun resultaten experimenteel. Ze ontdekten dat, in tegenstelling tot de intuïtie, de reflectie het hoogst was wanneer de afzonderlijke deeltjes gescheiden waren, in plaats van wanneer ze dicht opeengepakt zaten.

De auteurs leggen uit:"Deze hoge reflectie ondanks de kleine dekking van het oppervlak door de nanosferen is te wijten aan de zeer grote verstrooiingsefficiëntie. De vereiste van een zeer kleine hoeveelheid siliciumkristallen voor kleuring is een voordeel bij de toepassing als kleurpigment."

Na verdere ontwikkeling en verfijning verwachten ze interessante toepassingen van hun technologie. Sugimoto legt uit:‘We kunnen het toepassen op de coating van bijvoorbeeld vliegtuigen. De pigmenten en coatings in een vliegtuig hebben een gewicht van enkele honderden kilogrammen. Als we onze inkt op nanosfeerbasis gebruiken, kunnen we de hoeveelheid gewicht tot minder dan 10% daarvan."

Meer informatie: Monolaag van Mie-resonante silicium nanosferen voor structurele kleuring, ACS toegepaste nanomaterialen (2024). DOI:10.1021/acsanm.3c04689

Aangeboden door Kobe University