sottilissimo, le pellicole antigraffio possono generare un arcobaleno di colori utilizzando nanostrutture metalliche casuali.
I colori abbaglianti delle piume di pavone nascono dall'interazione fisica della luce con le nanostrutture biologiche. I ricercatori hanno scoperto come sfruttare questo trucco naturale noto come colorazione strutturale in una tecnologia di stampa su larga scala che produce rivestimenti leggeri e ultra resistenti in qualsiasi colore desiderabile.
I ricercatori producono regolarmente strutture fotoniche per influenzare il comportamento della luce per applicazioni come le comunicazioni in fibra ottica. Molti gruppi hanno utilizzato la tecnologia fotonica per generare nuove forme di colori strutturali artificiali che sfruttano l'intero spettro della luce visibile.
Spostare questa tecnologia fuori dal laboratorio è impegnativo, però, perché le nanostrutture fotoniche sono spesso fragili e difficili da produrre in quantità pratiche.
Andrea Fratalocchi del programma di ingegneria elettrica dell'Università e colleghi dell'Università di Harvard e dell'ETH di Zurigo hanno utilizzato tecniche di chimica umida per aiutare a superare le difficoltà di ridimensionare i colori fotonici. Ispirato alle piume nanoporose dell'uccello cotinga dalla gola di prugna, l'approccio del team è iniziato spruzzando una lega a base di platino-alluminio su una superficie target. Quindi, un processo chiamato dealloying dissolve la maggior parte dell'alluminio e fa sì che il metallo rimanente si riorganizzi in una rete irregolare con nanopori aperti.
Prossimo, i ricercatori hanno depositato uno strato ultrasottile di zaffiro protettivo sulla rete metallica per proteggere la superficie e modificare il modo in cui la luce interagisce con i nanopori fotonici. Sorprendentemente, lievi cambiamenti dello spessore dello zaffiro da 7 a 53 nanometri hanno prodotto notevoli cambiamenti di colore:la pellicola inizialmente trasparente ha subito transizioni graduali al giallo, arancia, toni rossi e blu.
"Il controllo di questi colori è sperimentalmente molto semplice e utilizza tecnologie di rivestimento che sono economiche e facilmente implementabili, — disse Fratalocchi. — Tuttavia, comprendere come le complesse interazioni luce-materia generano i colori ha richiesto mesi di lavoro".
Le simulazioni di alto livello del team hanno determinato che la generazione del colore inizia quando la luce colpisce il metallo e genera entità simili a onde note come plasmoni di superficie. Quando i plasmoni interagiscono con i pori distribuiti casualmente, rimangono intrappolati e le modulazioni nell'indice di rifrazione del rivestimento hanno prodotto regioni epsilon vicine allo zero nei nanopori dove le onde si propagano estremamente lentamente. L'aggiunta della pellicola di zaffiro ha causato ulteriori riflessi delle onde intrappolate, che ha creato un flusso di colore saturo attraverso effetti di risonanza.
Fratalocchi ha notato che il modo in cui i colori si formano in questa struttura può aprire la strada a nanomateriali "programmabili" per molte applicazioni.
"Immagina un graffio su un'auto che può essere riverniciato con un materiale estremamente sottile senza altre costose procedure, o come un peso leggero, modo esente da manutenzione per rivestire gli aeroplani, " ha affermato. "Questa tecnologia potrebbe essere una vera rivoluzione".
