(Phys.org) —Los colores de las alas de una mariposa son inusualmente brillantes y hermosos y son el resultado de un rasgo inusual; la forma en que reflejan la luz es fundamentalmente diferente de cómo funciona el color la mayor parte del tiempo.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Pensilvania ha encontrado una manera de generar este tipo de "color estructural" que tiene el beneficio adicional de otro rasgo de las alas de mariposa:superhidrofobicidad, o la capacidad de repeler fuertemente el agua.

La investigación fue dirigida por Shu Yang, profesor asociado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn, e incluyó a otros miembros de su grupo:Jie Li, Guanquan Liang y Xuelian Zhu.

Su investigación fue publicada en la revista Materiales funcionales avanzados .

"Se han realizado muchas investigaciones durante los últimos 10 años para intentar crear colores estructurales como los que se encuentran en la naturaleza, en cosas como alas de mariposa y ópalos, "Dijo Yang." La gente también se ha interesado en crear superficies superhidrofóbicas que se encuentran en cosas como hojas de loto, y en alas de mariposa, también, ya que no podían permanecer en el aire con gotas de lluvia pegadas a ellos ".

Las dos cualidades, color estructural y superhidrofobicidad, están relacionadas por estructuras. El color estructural es el resultado de patrones periódicos, mientras que la superhidrofobicidad es el resultado de la rugosidad de la superficie

Cuando la luz incide en la superficie de una red periódica, está esparcido, interferido o difractado en una longitud de onda comparable al tamaño de la red, produciendo un color particularmente brillante e intenso que es mucho más fuerte que el color obtenido a partir de pigmentos o tintes.

Cuando el agua cae sobre una superficie hidrofóbica, su rugosidad reduce el área de contacto efectivo entre el agua y un área sólida donde puede adherirse, dando como resultado un aumento del ángulo de contacto del agua y la movilidad de las gotas de agua en dicha superficie.

Al intentar combinar estos rasgos, los ingenieros tienen que pasar por complicados procesos de varios pasos, primero en crear estructuras 3D que proporcionan color a partir de un polímero, seguido de pasos adicionales para hacerlos toscos en la nanoescala. Estos pasos secundarios, como el ensamblaje de nanopartículas, o grabado con plasma, debe realizarse con mucho cuidado para no variar la propiedad óptica determinada por la celosía periódica 3D creada en el primer paso.

El método de Yang comienza con una técnica de fotolitografía no convencional, litografía holográfica, donde un láser crea una red 3D entrelazada a partir de un material llamado fotorresistencia. El material fotorresistente en las regiones que no están expuestas a la luz láser se elimina posteriormente con un disolvente, dejando los "huecos" en la celosía 3D que aporta color estructural.

En lugar de utilizar nanopartículas o grabado con plasma, El equipo de Yang pudo agregar la nano-rugosidad deseada a las estructuras simplemente cambiando los solventes después de lavar el fotorresistente. El truco consistía en utilizar un disolvente pobre; cuanto mejor sea un solvente, cuanto más intenta maximizar el contacto con el material. Los malos disolventes tienen el efecto contrario, que el equipo utilizó para su ventaja al final del paso de fotolitografía.

"El buen solvente hace que la estructura se hinche, "Dijo Yang." Una vez que se ha hinchado, ponemos el solvente pobre. Debido a que el polímero odia el mal solvente, se aplasta y se arruga, formando nanoesferas dentro de la red 3D.

"Descubrimos que cuanto peor era el solvente que usábamos, cuanto más rugosas pudiéramos hacer las estructuras, "Dijo Yang.

Tanto la superhidrofobicidad como el color estructural tienen una gran demanda para una variedad de aplicaciones. Los materiales con color estructural podrían usarse como análogos de semiconductores basados ​​en la luz, por ejemplo, para guiar la luz, láser y detección. A medida que repelen los líquidos, Los recubrimientos superhidrofóbicos son autolimpiantes e impermeables. Dado que los dispositivos ópticos dependen en gran medida de su grado de transmisión de luz, la capacidad de mantener la sequedad y limpieza de la superficie del dispositivo minimizará el consumo de energía y el impacto ambiental negativo sin el uso de mano de obra intensiva y productos químicos. Yang ha recibido recientemente una subvención para desarrollar tales revestimientos para paneles solares.

Los investigadores tienen ideas sobre cómo se podrían combinar los dos rasgos en una aplicación, así como.

"Específicamente, nos interesa colocar este tipo de material en el exterior de los edificios, "Dijo Yang." El color estructural que podemos producir es brillante y muy decorativo, y no se desvanecerá como muere el color de la pigmentación convencional. La introducción de la nano-rugosidad ofrecerá beneficios adicionales, como la eficiencia energética y el respeto al medio ambiente.

"Podría ser una fachada de alta gama solo por la estética, además del atractivo de sus propiedades autolimpiantes. También estamos desarrollando revestimientos de edificios energéticamente eficientes que integrarán dichos materiales en sensores ópticos ".