Le microsfere sintetiche con fori su nanoscala possono assorbire la luce da tutte le direzioni su un'ampia gamma di frequenze, rendendoli un candidato per i rivestimenti antiriflesso, secondo un team di ingegneri della Penn State. Le sfere sintetiche spiegano anche come l'insetto saltafoglie utilizzi particelle simili per nascondersi dai predatori nel suo ambiente.

Gli scienziati sanno da tempo che le tramogge delle foglie espellono microparticelle, chiamati brochosomi, e asciugali sulle loro ali. Poiché le particelle sono superidrofobiche, le ali della tramoggia rimangono asciutte in condizioni di bagnato. Ciò che non si capiva prima del lavoro attuale è che i brochosomi consentono anche alle cicaline e alle loro uova di mimetizzarsi con i loro sfondi alle lunghezze d'onda della luce visibili ai loro principali predatori, come lo scarabeo coccinella.

"Sapevamo che le nostre particelle sintetiche potevano essere interessanti dal punto di vista ottico a causa della loro struttura, " disse Tak-Sing Wong, assistente professore di ingegneria meccanica e professore di ingegneria all'inizio della carriera di Wormely Family. "Non lo sapevamo, fino a quando il mio ex postdoc e autore principale dello studio Shikuan Yang lo ha sollevato in una riunione di gruppo, che la tramoggia ha realizzato questi rivestimenti non appiccicosi con una struttura naturale molto simile a quelli sintetici. Questo ci ha portato a chiederci come la tramoggia di foglie abbia usato queste particelle in natura".

Facendo una ricerca nella letteratura scientifica non è emerso nulla sull'uso dei brochosomi della tramoggia come camuffamento. Ma le dimensioni delle fossette nelle microsfere sintetiche sono molto vicine alla lunghezza d'onda della luce, e può catturare fino al 99% della luce, che vanno dall'ultravioletto al visibile e al vicino infrarosso. La superficie della particella agisce come un metamateriale, il tipo di materiale utilizzato nei dispositivi di occultamento.

"Il problema è che sul campo, queste tramogge producono pochissimo di questo prodotto, ed è molto difficile da raccogliere, " ha detto Wong. "Ma avevamo già prodotto grandi quantità di queste strutture in laboratorio, abbastanza da mettere dentro una macchina per esaminarne le proprietà ottiche."

In un articolo pubblicato online oggi (3 novembre) in Comunicazioni sulla natura, i ricercatori hanno simulato la visione degli insetti e hanno scoperto che i brochosomi sono molto probabilmente rivestimenti mimetici contro i predatori della tramoggia. Il camuffamento è comune in natura, ma ci sono pochissimi esempi di rivestimenti antiriflesso naturali, gli occhi di falena sono un'eccezione prominente. Gli occhi delle falene sono ricoperti da nanostrutture antiriflesso che impediscono alla luce di riflettersi di notte quando i predatori potrebbero vederli.

Le microsfere sintetiche vengono prodotte tramite un processo in cinque fasi piuttosto complesso mediante deposizione elettrochimica. Però, il processo può essere ampliato e molti materiali diversi possono essere utilizzati per realizzare i brochosomi sintetici, come l'oro, d'argento, ossido di manganese o anche un polimero conduttivo.

"Diversi materiali avranno le loro applicazioni, " disse Wong. "Per esempio, l'ossido di manganese è un materiale molto popolare utilizzato nei supercondensatori e nelle batterie. A causa della sua elevata superficie, questa particella potrebbe costituire un buon elettrodo per la batteria e consentire una maggiore velocità di reazione chimica".

Come rivestimento antiriflesso, questo materiale potrebbe avere applicazioni in sensori e fotocamere, dove catturare riflessi di luce indesiderati potrebbe aumentare il rapporto segnale-rumore. Anche questo potrebbe essere particolarmente utile nei telescopi. Per applicazioni di celle solari, un rivestimento di brochosomi sintetici potrebbe aumentare la cattura della luce a più lunghezze d'onda e da ogni angolazione grazie alla struttura 3D delle sfere a forma di pallone da calcio, rendendo superfluo costruire dispositivi per inseguire il sole.

"Questo documento è più di uno studio fondamentale, " ha detto Wong. "In futuro, possiamo tentare di estendere la struttura a lunghezze d'onda maggiori. Se rendiamo la struttura un po' più grande, potrebbe assorbire onde elettromagnetiche più lunghe come il medio infrarosso e aprire ulteriori applicazioni nel rilevamento e nella raccolta di energia?"

Quello resta da studiare.