(Phys.org)—I colori delle ali di una farfalla sono insolitamente luminosi e belli e sono il risultato di un tratto insolito; il modo in cui riflettono la luce è fondamentalmente diverso da come funziona il colore per la maggior parte del tempo.

Un team di ricercatori dell'Università della Pennsylvania ha trovato un modo per generare questo tipo di "colore strutturale" che ha l'ulteriore vantaggio di un'altra caratteristica delle ali delle farfalle:la super-idrofobicità, o la capacità di respingere fortemente l'acqua.

La ricerca è stata guidata da Shu Yang, professore associato presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso la Penn's School of Engineering and Applied Science, e includeva altri membri del suo gruppo:Jie Li, Guanquan Liang e Xuelian Zhu.

La loro ricerca è stata pubblicata sulla rivista Materiali funzionali avanzati .

"Negli ultimi 10 anni sono state fatte molte ricerche per cercare di creare colori strutturali come quelli che si trovano in natura, in cose come ali di farfalla e opali, "Ha detto Yang." Le persone sono state anche interessate alla creazione di superfici superidrofobiche che si trovano in cose come foglie di loto, e in ali di farfalla, pure, dal momento che non potevano rimanere in aria con le gocce di pioggia attaccate a loro."

Le due qualità - colore strutturale e superidrofobicità - sono collegate da strutture. Il colore strutturale è il risultato di schemi periodici, mentre la superidrofobicità è il risultato della rugosità superficiale

Quando la luce colpisce la superficie di un reticolo periodico, è sparso, interferito o diffratto ad una lunghezza d'onda paragonabile alla dimensione del reticolo, producendo un colore particolarmente brillante e intenso, molto più forte del colore ottenuto da pigmenti o coloranti.

Quando l'acqua atterra su una superficie idrofoba, la sua rugosità riduce l'effettiva superficie di contatto tra l'acqua e una superficie solida dove può aderire, con conseguente aumento dell'angolo di contatto dell'acqua e della mobilità delle gocce d'acqua su tale superficie.

Durante il tentativo di combinare questi tratti, gli ingegneri devono passare attraverso complicate, processi a più fasi, primo a creare strutture 3D che forniscono colore da un polimero, seguito da ulteriori passaggi per renderli grezzi su scala nanometrica. Questi passaggi secondari, come l'assemblaggio di nanoparticelle, o incisione al plasma, deve essere eseguita con molta attenzione per non variare la proprietà ottica determinata dal reticolo periodico 3D creato nel primo passaggio.

Il metodo di Yang inizia con una tecnica di fotolitografia non convenzionale, litografia olografica, dove un laser crea una rete 3D reticolata da un materiale chiamato fotoresist. Il materiale fotoresist nelle regioni non esposte alla luce laser viene successivamente rimosso da un solvente, lasciando i "buchi" nel reticolo 3D che fornisce il colore strutturale.

Invece di usare nanoparticelle o incisione al plasma, Il team di Yang è stato in grado di aggiungere la nanorugosità desiderata alle strutture semplicemente cambiando i solventi dopo aver lavato via il fotoresist. Il trucco era usare un solvente scadente; migliore è un solvente, più cerca di massimizzare il contatto con il materiale. I cattivi solventi hanno l'effetto opposto, che il team ha utilizzato a proprio vantaggio al termine della fase di fotolitografia.

"Il buon solvente fa gonfiare la struttura, " Yang ha detto. "Una volta che si è gonfiato, mettiamo nel povero solvente. Poiché il polimero odia il povero solvente, si sgretola e si accartoccia, formando nanosfere all'interno del reticolo 3D.

"Abbiamo scoperto che peggiore era il solvente che usavamo, più ruvide potremmo rendere le strutture, " ha detto Yang.

Sia la superidrofobicità che il colore strutturale sono molto richiesti per una varietà di applicazioni. I materiali con colore strutturale potrebbero essere utilizzati come analoghi a base di luce di semiconduttori, Per esempio, per la guida della luce, laser e rilevamento. Poiché respingono i liquidi, I rivestimenti superidrofobici sono autopulenti e impermeabili. Poiché i dispositivi ottici dipendono fortemente dal loro grado di trasmissione della luce, la capacità di mantenere l'asciutto e la pulizia della superficie del dispositivo ridurrà al minimo il consumo di energia e l'impatto ambientale negativo senza l'uso di lavori intensivi e prodotti chimici. Yang ha recentemente ricevuto una sovvenzione per sviluppare tali rivestimenti per pannelli solari.

I ricercatori hanno idee su come combinare i due tratti in un'unica applicazione, anche.

"In particolare, siamo interessati a mettere questo tipo di materiale all'esterno degli edifici, " Yang ha detto. "Il colore strutturale che possiamo produrre è brillante e altamente decorativo, e non svanirà come le tradizionali fustelle di pigmentazione. L'introduzione della nanorugosità offrirà ulteriori vantaggi, come l'efficienza energetica e il rispetto dell'ambiente.

"Potrebbe essere una facciata di fascia alta solo per l'estetica, oltre al fascino delle sue proprietà autopulenti. Stiamo anche sviluppando rivestimenti per edifici efficienti dal punto di vista energetico che integreranno tali materiali nei sensori ottici".