Учёные разработали революционную технологию создания цветов, которые могут меняться по команде. Это структурные цвета, не зависящие от красителей или пигментов, и их можно использовать для вывесок, адаптивного камуфляжа, умных защитных этикеток и других целей.
Что такое структурные цвета?
Структурные цвета создаются не пигментами или красителями, а бесцветными структурами из физических наноструктур. Когда световые волны попадают на эти наноструктуры, они интерферируют друг с другом. Некоторые волны гасят друг друга (они поглощаются), а остальные отражаются (или рассеиваются) обратно в наши глаза, создавая цвет, который мы видим.
Системы структурных цветов можно настроить так, чтобы они отражали несколько цветов из одного и того же бесцветного материала. Это отличается от пигментов, которые поглощают свет и отражают только один цвет — красные пигменты отражают красный, синие пигменты отражают синий и так далее.
Желание сделать структурные цвета динамическими
В течение многих лет существовало желание сделать структурные цвета динамическими, то есть меняющимися по команде. Однако превращение этого в коммерческую реальность затруднялось из-за сложности изготовления структур и отсутствия простого способа изменения цвета.
Решение проблемы
Команда из Университета Флориды разработала метод изменения структурных цветов с помощью материала, свойства которого меняются при нагревании. В своей статье, опубликованной в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», исследователи описывают, как они разместили тонкий слой диоксида ванадия (умного материала, известного как фазопереходный материал) поверх отражающего алюминиевого слоя.
При нагревании выше определённой температуры диоксид ванадия превращается из изолятора в металл, что сопровождается изменением его кристаллической структуры. Когда свет попадает на эту стопку, часть его отражается от верхней части диоксида ванадия, а остальная часть проходит через него и отражается от алюминия внизу.
Эти два отражённых пути света интерферируют друг с другом. Быстрое структурное изменение в диоксиде ванадия изменяет время отражения света сверху и снизу, делая их несинхронными. Это меняет цвет, который гасится, что, в свою очередь, меняет цвет, который мы видим.
Результаты
Слоистая конструкция позволила команде легко создавать изменения цвета на различных материалах и дала им новую мощную возможность контролировать цвет.
«Этот подход создаёт яркие, обратимые изменения цвета как на жёстких, так и на гибких поверхностях, без необходимости в сложном нанопроизводстве», — написали исследователи в своей статье. «Регулируя рост материала, мы можем расширить цветовую палитру и настроить температуру, при которой происходит переключение».
Команда успешно продемонстрировала динамическое переключение цветов на больших площадях жёстких поверхностей и гибких материалов, включая текстиль и ткани.