Investigadores de ETH Zurich han creado colores artificiales mediante la impresión 3D de ciertas nanoestructuras inspiradas en las de una mariposa. Este principio se puede utilizar en el futuro para producir pantallas a color.

Para su nueva tecnología, los científicos del grupo de Andrew deMello, profesor de ingeniería bioquímica, se inspiraron en las mariposas. Las alas de la especie Cynandra opis, originaria del África tropical, están decoradas con colores brillantes. Estos son producidos por estructuras superficiales regulares extremadamente intrincadas en el rango de tamaño de la longitud de onda de la luz visible. Al desviar los rayos de luz, estas estructuras amplifican o anulan los componentes de color individuales de la luz. Dirigidos por deMello, los investigadores lograron replicar las estructuras superficiales de Cynandra opis, así como otras estructuras modificadas, utilizando una técnica de impresión nano-3D. De esta manera, crearon un principio fácil de usar para la producción de estructuras que generan colores estructurales.

Hay numerosos ejemplos de este tipo de coloración estructural en la naturaleza, incluidas las estructuras superficiales irregulares, por ejemplo, que se encuentran en otras especies de mariposas. "Sin embargo, las nanoestructuras regulares en las alas de Cynandra opis eran particularmente adecuadas para la reconstrucción mediante impresión 3D", explica Xiaobao Cao, exestudiante de doctorado del grupo deMello y autor principal de este estudio. Las estructuras de Cynandra opis constan de dos capas de rejilla apiladas perpendicularmente entre sí, con un espacio de celosía de aproximadamente 1/2 a 1 micrómetro.

Paleta de colores completa

Al variar este espacio de celosía y la altura de las varillas de celosía en el rango entre 250 nanómetros y 1,2 micrómetros, los investigadores de ETH pudieron producir estructuras impresas en 3D que generan todos los colores del espectro visible. Muchos de estos colores no aparecen en el modelo natural (la mariposa) en el que se basan sus estructuras.

Los investigadores lograron producir tales superficies utilizando diferentes materiales, incluido un polímero transparente. "Esto hizo posible iluminar la estructura desde atrás para resaltar el color", explica Stavros Stavrakis, científico principal del grupo deMello y coautor del estudio. "Esta es la primera vez que logramos producir todos los colores del espectro visible como colores estructurales en un material translúcido".

Función de seguridad

Como parte del estudio, los científicos produjeron una imagen en miniatura de píxeles de colores estructurales de varios tonos que miden 2 por 2 micrómetros. Estas imágenes diminutas podrían usarse algún día como elemento de seguridad en billetes y otros documentos. Debido a que los colores se pueden producir con material transparente, también sería posible fabricar filtros de color para tecnologías ópticas. Esto encaja bien con la principal actividad de investigación del grupo del profesor deMello de ETH, que desarrolla sistemas microfluídicos:sistemas miniaturizados para experimentos químicos y biológicos.

La producción a gran escala de nanoestructuras también es concebible, dicen los investigadores. Se podría imprimir en 3D una estructura negativa para que sirviera como plantilla, lo que permitiría producir un gran número de reproducciones. Esto significa que el principio podría ser adecuado para la fabricación de pantallas a color de alta resolución, como pantallas delgadas y flexibles. Y, por último, los científicos señalan que los colores estructurales podrían sustituir a los pigmentos que se utilizan hoy en día en la impresión y la pintura. Los colores estructurales tienen ciertas ventajas sobre los pigmentos convencionales:duran más porque no se desvanecen cuando se exponen a la luz y, en la mayoría de los casos, tienen una mejor huella ambiental.

La investigación fue publicada en Advanced Materials . + Explora más

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