Una nueva forma de crear color utiliza la dispersión de luz de longitudes de onda específicas alrededor de pequeños cristales de silicio, casi perfectamente redondos. Este desarrollo de la Universidad de Kobe permite imprimir colores estructurales que no se decoloran y que no dependen del ángulo de visión. El material tiene un bajo impacto ambiental y biológico y se puede aplicar en capas extremadamente finas, lo que promete importantes mejoras de peso con respecto a las pinturas convencionales.
Un objeto tiene color cuando se refleja luz de una longitud de onda específica. Con los pigmentos tradicionales, esto sucede cuando las moléculas absorben otros colores de la luz blanca, pero con el tiempo esta interacción hace que las moléculas se degraden y el color se desvanezca.
Los colores estructurales, por otro lado, generalmente surgen cuando la luz se refleja desde nanoestructuras paralelas separadas a la distancia justa para que solo la luz de ciertas longitudes de onda sobreviva mientras que otras se cancelan, reflejando solo el color que vemos.
Este fenómeno se puede observar en las alas de las mariposas o en las plumas de los pavos reales, y tiene la ventaja de que los colores no se degradan. Pero desde un punto de vista industrial, las nanoestructuras cuidadosamente dispuestas no se pueden pintar o imprimir fácilmente, y el color depende del ángulo de visión, lo que hace que el material sea iridiscente.
Los ingenieros de materiales de la Universidad de Kobe, Fujii Minoru y Sugimoto Hiroshi, han estado desarrollando un enfoque completamente nuevo para producir colores.
Explican:"En trabajos anteriores desde 2020, fuimos los primeros en lograr un control preciso del tamaño de las partículas y desarrollar suspensiones coloidales de nanopartículas de silicio esféricas y cristalinas. Estas nanopartículas de silicio individuales dispersan la luz en colores brillantes mediante el fenómeno de la 'resonancia de Mie', que nos permite desarrollar tintas de colores estructurales."
En la resonancia de Mie, las partículas esféricas de un tamaño comparable a la longitud de onda de la luz reflejan con especial intensidad determinadas longitudes de onda. Esto significa que el color que proviene principalmente de la suspensión se puede controlar simplemente variando el tamaño de las partículas.
En su trabajo publicado en la revista ACS Applied Nano Materials , Fujii y Sugimoto demuestran que la suspensión se puede aplicar a superficies y, por lo tanto, cubrirá el material subyacente en una forma de color estructural que no depende del ángulo de visión.
Esto se debe a que el color no se produce por la interacción de la luz reflejada por las estructuras vecinas como ocurre con los colores estructurales "tradicionales", sino por su dispersión altamente eficiente alrededor de nanoesferas individuales. Sugimoto explica otra ventaja:"Una sola capa de nanopartículas de silicio escasamente distribuidas con un espesor de sólo 100 a 200 nanómetros muestra colores brillantes pero pesa menos de medio gramo por metro cuadrado. Esto hace que nuestras nanoesferas de silicio sean una de las capas de color más claras del mundo". mundo."
El equipo de la Universidad de Kobe utilizó simulaciones computacionales para explorar las propiedades de la tinta en diferentes circunstancias, como variando el tamaño de las partículas y la distancia entre ellas, y luego confirmó sus resultados experimentalmente. Descubrieron que, contrariamente a la intuición, la reflectancia era mayor cuando las partículas individuales estaban separadas en lugar de cuando estaban apretadas.
Los autores explican:"Esta alta reflectancia, a pesar de la pequeña cobertura de la superficie por parte de las nanoesferas, se debe a la gran eficiencia de dispersión. La necesidad de una cantidad muy pequeña de cristales de silicio para la coloración es una ventaja en la aplicación como pigmento de color".
Tras un mayor desarrollo y perfeccionamiento, esperan aplicaciones interesantes de su tecnología. Sugimoto explica:"Podemos aplicarlo, por ejemplo, al revestimiento de aviones. Los pigmentos y revestimientos de un avión pesan varios cientos de kilogramos. Si utilizamos nuestra tinta basada en nanoesferas, podríamos reducir el peso a menos del 10% de ese."
Más información: Monocapa de nanoesferas de silicio resonantes de Mie para coloración estructural, Nanomateriales aplicados ACS (2024). DOI:10.1021/acsanm.3c04689
Proporcionado por la Universidad de Kobe
