Delgado como una oblea Las películas a prueba de rayones pueden generar un arco iris de colores utilizando nanoestructuras metálicas aleatorias.
Los deslumbrantes colores de las plumas de pavo real surgen de la interacción física de la luz con nanoestructuras biológicas. Los investigadores han descubierto cómo explotar este truco natural conocido como coloración estructural en una tecnología de impresión a gran escala que produce revestimientos ligeros y ultrarresistentes en cualquier color deseable.
Los investigadores producen rutinariamente estructuras fotónicas para influir en el comportamiento de la luz para aplicaciones como las comunicaciones por fibra óptica. Muchos grupos han utilizado la tecnología fotónica para generar nuevas formas de colores estructurales artificiales que aprovechan todo el espectro de luz visible.
Sacar esta tecnología del laboratorio es un desafío, sin embargo, porque las nanoestructuras fotónicas son a menudo frágiles y difíciles de producir en cantidades prácticas.
Andrea Fratalocchi del programa de ingeniería eléctrica de la Universidad y sus colegas de la Universidad de Harvard y ETH Zurich utilizaron técnicas químicas húmedas para ayudar a superar las dificultades de escalar los colores fotónicos. Inspirado en las plumas nanoporosas del pájaro cotinga de garganta de ciruela, El enfoque del equipo comenzó pulverizando una aleación a base de platino y aluminio sobre una superficie objetivo. Luego, un proceso llamado desalentamiento disuelve la mayor parte del aluminio y hace que el metal restante se reorganice en una red irregular con nanoporos abiertos.
Próximo, los investigadores depositaron una capa ultrafina de zafiro protector sobre la red metálica para proteger la superficie y modificar la forma en que la luz interactúa con los nanoporos fotónicos. Asombrosamente, leves cambios en el grosor del zafiro de 7 a 53 nanómetros produjeron cambios de color notables:la película inicialmente transparente experimentó transiciones escalonadas a amarillo, naranja, Tonos rojos y azules.
"El control de estos colores es experimentalmente muy simple y utiliza tecnologías de recubrimiento que son baratas y fáciles de implementar, "dijo Fratalocchi." Sin embargo, comprender cómo las complejas interacciones luz-materia generan colores tomó meses de trabajo ".
Las simulaciones de alto nivel del equipo determinaron que la generación de color comienza cuando la luz golpea el metal y genera entidades onduladas conocidas como plasmones de superficie. A medida que los plasmones interactúan con los poros distribuidos al azar, quedan atrapados y las modulaciones en el índice de refracción del recubrimiento producen regiones épsilon cercanas a cero en los nanoporos donde las ondas se propagan extremadamente lentamente. Agregar la película de zafiro provocó reflejos adicionales de las ondas atrapadas, que creó un flujo de color saturado a través de efectos de resonancia.
Fratalocchi señaló que la forma en que se forman los colores en esta estructura puede abrir el camino para nanomateriales "programables" para muchas aplicaciones.
"Imagine un rasguño en un automóvil que se pueda volver a pintar con un material extremadamente delgado sin otros procedimientos costosos, o como un peso ligero, forma libre de mantenimiento para revestir aviones, ", afirmó." Esta tecnología podría ser una verdadera revolución ".
