Las microesferas sintéticas con orificios a nanoescala pueden absorber la luz de todas las direcciones en una amplia gama de frecuencias, haciéndolos candidatos para revestimientos antirreflectantes, según un equipo de ingenieros de Penn State. Las esferas sintéticas también explican cómo el insecto saltador de hojas usa partículas similares para esconderse de los depredadores en su entorno.

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que las tolvas de hojas extruyen micropartículas, llamados brocosomas, y límpialos en sus alas. Debido a que las partículas son superhidrofóbicas, las alas del saltador de hojas permanecen secas en condiciones de humedad. Lo que no se entendía antes del trabajo actual es que los brocosomas también permiten que los saltamontes y sus huevos se mezclen con sus fondos en las longitudes de onda de luz visibles para sus principales depredadores. como el escarabajo mariquita.

"Sabíamos que nuestras partículas sintéticas podrían ser interesantes ópticamente debido a su estructura, "dijo Tak-Sing Wong, profesor asistente de ingeniería mecánica y profesor de carrera temprana en ingeniería de la familia Wormely. "No lo sabíamos, hasta que mi ex postdoctorado y autor principal del estudio, Shikuan Yang, lo mencionó en una reunión de grupo, que la tolva de hojas hizo estos recubrimientos antiadherentes con una estructura natural muy similar a nuestros sintéticos. Eso nos llevó a preguntarnos cómo el saltador de hojas usaba estas partículas en la naturaleza ".

Al hacer una búsqueda en la literatura científica, no se encontró nada sobre el uso de los brochosomas saltahojas como camuflaje. Pero el tamaño de los hoyos en las microesferas sintéticas está muy cerca de la longitud de onda de la luz, y puede capturar hasta el 99 por ciento de la luz, que van desde el ultravioleta al visible y al infrarrojo cercano. La superficie de la partícula actúa como un metamaterial, el tipo de material utilizado en los dispositivos de camuflaje.

"El problema es que en el campo, estas tolvas de hojas producen muy poco de este producto, y es muy difícil de recolectar, ", Dijo Wong." Pero ya habíamos producido grandes cantidades de estas estructuras en el laboratorio, lo suficiente para poner dentro de una máquina para ver sus propiedades ópticas ".

En un artículo publicado en línea hoy (3 de noviembre) en Comunicaciones de la naturaleza, los investigadores simularon la visión de un insecto y encontraron que los brocosomas son muy probablemente revestimientos de camuflaje contra los depredadores que saltan las hojas. El camuflaje es común en la naturaleza, pero hay muy pocos ejemplos de recubrimientos antirreflectantes naturales, Los ojos de polilla son una excepción destacada. Los ojos de las polillas están cubiertos de nanoestructuras antirreflectantes que evitan que la luz se refleje en ellos durante la noche cuando los depredadores pueden verlos.

Las microesferas sintéticas se producen mediante un proceso bastante complejo de cinco pasos que utiliza deposición electroquímica. Sin embargo, el proceso se puede ampliar y se pueden utilizar muchos materiales diferentes para fabricar los brocosomas sintéticos, como el oro, plata, óxido de manganeso o incluso un polímero conductor.

"Los diferentes materiales tendrán sus propias aplicaciones, "Dijo Wong." Por ejemplo, El óxido de manganeso es un material muy popular utilizado en supercondensadores y baterías. Debido a su gran superficie, esta partícula podría ser un buen electrodo de batería y permitir que se produzca una mayor velocidad de reacción química ".

Como revestimiento antirreflectante, este material podría tener aplicaciones en sensores y cámaras, donde la captura de reflejos de luz no deseados podría aumentar la relación señal / ruido. Esto también podría ser particularmente útil en telescopios. Para aplicaciones de células solares, una capa de brocosomas sintéticos podría aumentar la captura de luz en múltiples longitudes de onda y desde todos los ángulos debido a la estructura 3D en forma de pelota de fútbol de las esferas, haciendo innecesario construir dispositivos para rastrear el sol.

"Este artículo es más un estudio fundamental, ", Dijo Wong." En el futuro, podemos intentar extender la estructura a longitudes de onda más largas. Si hiciéramos la estructura un poco más grande, ¿Podría absorber ondas electromagnéticas más largas, como las del infrarrojo medio, y abrir más aplicaciones en la detección y la recolección de energía? "

Eso queda por estudiar.