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    La nanorred desordenada produce colores robustos y vibrantes para vehículos, tejidos biomiméticos y camuflaje

    Las plumas de un pavo real están pigmentadas de color marrón, pero una red a nanoescala refleja la luz para imbuir las plumas con colores vibrantes. Crédito:WikiCommons

    El verde azulado brillante y las plumas azules brillantes de un pavo real no son el resultado de pigmentos sino de redes a nanoescala que reflejan longitudes de onda de luz específicas. Esta llamada coloración estructural ha interesado durante mucho tiempo a investigadores e ingenieros debido a su durabilidad y potencial para su aplicación en paneles solares. tejidos biomiméticos y camuflaje adaptativo. Pero las técnicas actuales para integrar el color estructural en los materiales requieren mucho tiempo y son costosas.

    Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson, en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah, han desarrollado un nuevo, sistema más robusto y rentable para construir metamateriales a gran escala con color estructural. La investigación se describe en la revista Nature Light:ciencia y aplicaciones .

    La pluma de un pavo real o el ala de una mariposa se basan en cristales fotónicos o matrices de nanofibras muy ordenadas para producir colores. Reproducir esas estructuras en un laboratorio requiere precisión y una fabricación costosa. Los investigadores de SEAS se inspiraron en un tipo de pluma muy diferente.

    Las contingas son una de las familias de aves más extravagantes del planeta. En un mar de verde Amazonas, sus plumas revientan con blues eléctrico, naranjas brillantes y púrpuras vibrantes.

    A diferencia de la matriz ordenada de nanoestructuras de un pavo real, las contingas obtienen sus tonos vibrantes de una nanored de queratina desordenada y porosa que parece una esponja o un trozo de coral. Cuando la luz golpea la pluma, el patrón de queratina porosa hace que las longitudes de onda roja y amarilla se cancelen entre sí, mientras que las longitudes de onda de luz azul se amplifican entre sí.

    Una Continga de garganta de ciruela (Cotinga maynana) obtiene sus colores vibrantes de una red de queratina a nanoescala. Crédito:Flickr

    "Generalmente, asociamos la idea de desorden con la noción de que algo es incontrolable, "dijo Federico Capasso, Robert L. Wallace, profesor de física aplicada y Vinton Hayes, investigador principal de ingeniería eléctrica en SEAS y autor principal del artículo. "Aquí el desorden se puede aprovechar y utilizar como parámetro de diseño para crear una nueva clase de metamateriales con una amplia gama de funcionalidades y aplicaciones"

    Inspirado en la pluma de cotinga, Los investigadores utilizaron un sencillo proceso de grabado para crear una nanored porosa compleja pero aleatoria en una aleación metálica. A continuación, la estructura se revistió con una capa de alúmina transparente ultrafina.

    Puede que estés pensando ¿Qué tipo de colores puede producir una aleación metálica además del gris? Como resulta, un montón. Desde el científico inglés del siglo XIX Michael Faraday, Los científicos han sabido que los metales contienen una plétora de colores, pero la luz no penetra lo suficiente como para revelarlos. Una partícula de oro por ejemplo, dependiendo de su tamaño y forma, puede ser rojo, rosa o incluso azul.

    Una ilustración del nanomaterial con revestimiento de alúmina, basado en una reconstrucción tridimensional (3D). Crédito:Henning Galinski

    La nanoestructura porosa crea puntos calientes localizados de diferentes colores en la aleación. El color que se refleja en los estados localizados depende del grosor del revestimiento transparente.

    Sin una capa de alúmina, el material se ve oscuro. Con un revestimiento de 33 nanómetros de espesor, el material refleja la luz azul. A 45 nanómetros, el material se vuelve rojo y con un recubrimiento de 53 nanómetros de espesor, el material es amarillo. Al cambiar el grosor del revestimiento, los investigadores pudieron crear un degradado de colores.

    "Esta situación es equivalente a un material con una cantidad extremadamente grande de fuentes de luz microscópicas y coloridas, "dijo Andrea Fratalocchi, autor correspondiente del artículo y profesor de Ingeniería Eléctrica; Matemáticas Aplicadas y Ciencias Computacionales en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah. "La presencia de una fina capa de óxido puede controlar la intensidad de estas fuentes, encendiéndolos y apagándolos colectivamente de acuerdo con el espesor de la capa de óxido. Esta investigación muestra cómo los materiales desordenados pueden convertirse en una tecnología extremadamente poderosa, que puede permitir aplicaciones a gran escala que serían imposibles con los medios convencionales ".

    Una ilustración de la interacción de la luz y la materia con la muestra con diferentes espesores del recubrimiento de alúmina. Crédito:Henning Galinski

    La metasuperficie es extremadamente liviana y a prueba de rayones y podría usarse en aplicaciones comerciales a gran escala, como recubrimientos livianos para el sector automotriz. tejidos biomiméticos y camuflaje

    "Esta es una forma completamente nueva de controlar las respuestas ópticas en metamateriales, "dijo Henning Galinski, co-primer autor del artículo y ex becario postdoctoral en el grupo Capasso. "Ahora tenemos una forma de diseñar metamateriales en regiones muy pequeñas, que anteriormente eran demasiado pequeñas para la litografía convencional. Este sistema allana el camino para metamateriales extremadamente robustos y a gran escala que interactúan con la luz de formas realmente interesantes ".

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