Kameleonttimainen nanomateriaali

Japanilaisen kirigami-taiteen inspiroimana Amsterdamin yliopiston tiedemiesryhmä on kehittänyt materiaalin, joka voi heijastaa eri värisiä valoja riippuen siitä, miten sitä venytetään.

Tavallisissa materiaaleissa väri on seurausta materiaalin valmistusmateriaalista. Ajattele esimerkiksi maalin pigmenttejä tai kankaan väriaineita. Kun materiaali on valittu, myös väri on kiinteä. Uudessa materiaalissa materiaalin rakenne määrää sen värin. Tämän tyyppisellä värillä, jota osuvasti kutsutaan "rakenneväriksi", on valtava etu, että sitä voidaan helposti muuttaa milloin tahansa.

Laboratoriossa materiaaleja voidaan suunnitella räätälöityjen ominaisuuksien mukaisiksi. Nämä niin kutsutut metamateriaalit rakennetaan pienistä rakenteista ja niiden väri tulee näiden pienten rakenteiden muodosta ja järjestyksestä – itse asiassa hyvin samankaltaista kuin kirigamin taiteessa.

Kun materiaalia venytetään, sen mikroskooppiset kuviot liikkuvat ja pyörivät, mikä muuttaa valon heijastumista pinnasta. Tämän seurauksena tästä "nanoskaalaisesta kameleontti-ihosta " heijastuvan valon väri muuttuu venytyksen aikana tasaisesti vihreästä keltaiseksi ja lopulta punaiseksi.

Materiaalin suunnittelu ei ollut suoraviivainen prosessi, muistelee ensimmäinen kirjoittaja Freek van Gorp: "Aluksi kohtasimme suuren haasteen: materiaali, jota halusimme käyttää, pii, on makroskooppisessa mittakaavassa melko hauras. Aluksi yritimme sijoittaa pieniä piihiukkasia joustavalle alustalle tai sen sisään, mutta alusta itsessään toi mukanaan uusia komplikaatioita."

"Todellinen läpimurto tapahtui, kun aloimme kyseenalaistaa, tarvitsimmeko lainkaan alustaa. Muuttamalla piin ohueksi, kuvioiduksi verkoksi pystyimme tekemään materiaalista sekä joustavan että toimivan. Tämä lähestymistapa mahdollisti optisten metapintojen yhdistämisen mekaanisiin metamateriaaleihin yhdeksi rakenteeksi, mikä mahdollisti tässä työssä osoittamamme värinsäätövaikutuksen."

Jorik van de Groep, tutkimusta tehneen 2D-nanofotoniikan laboratorion ryhmänjohtaja, lisää: "Ratkaiseva uutuus piirakenteen monitoiminnallisuudessa. Nanokuvioimalla ohutta piikalvoa pystyimme saamaan sen toimimaan samanaikaisesti mekaanisena metamateriaalina, joka säätelee sisäisiä rotaatioita ja siirtymiä, sekä optisena metapintana, joka hyödyntää rakenteen resonanssivalonsirontaa, mikä yhdessä synnyttää säädettävän rakennevärin."

Nyt kun on osoitettu, että valoa voidaan ohjata liikkeellä kemian sijaan, idean toteuttaminen täysin toimivassa metamateriaalissa on ilmeinen seuraava askel, joka avaa lähitulevaisuudessa mahdollisuuksia viritettäville väripinnoitteille, älykkäille antureille ja kevyille optisille laitteille, jotka mukautuvat ympäristöönsä.

Aiheesta aiemmin:

Väriä ja lämpötilaa vaihtava nanopilvi hämää lämpökameroita

Kameleonttinen sähkömagneettinen materiaali