El verde azulado y las plumas azules brillantes de un pavo real no son el resultado de pigmentos, sino más bien redes a nanoescala que reflejan longitudes de onda específicas de la luz. Esta llamada coloración estructural ha interesado a los investigadores e ingenieros por su durabilidad y potencial para su aplicación en paneles solares., tejidos biomiméticos y camuflaje adaptativo, pero las técnicas actuales para integrar el color estructural en los materiales requieren mucho tiempo y son costosas.
Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson SEAS, en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah, han desarrollado un nuevo sistema más robusto y rentable para construir metamateriales a gran escalacon color estructural. La investigación se describe en la revista Nature Light: Science and Applications.
La pluma de un pavo real o el ala de una mariposa dependen de cristales fotónicos o conjuntos de nanofibras altamente ordenados para producir colores. La reproducción de esas estructuras en un laboratorio requiere precisión y fabricación costosa. Los investigadores de SEAS se inspiraron en un tipo de pluma muy diferente.
Las Contingas son una de las familias de aves más extravagantes del planeta. En un mar de color verde amazónico, sus plumas se revientan de azules eléctricos, naranjas brillantes y púrpuras vibrantes.
A diferencia del conjunto ordenado de nanoestructuras de un pavo real, las contingas obtienen sus tonos vibrantes de una red de queratina desordenada y porosa que se parece a una esponja o pieza de coral. Cuando la luz golpea la pluma, el patrón de queratina porosa hace que las longitudes de onda rojas y amarillas se cancelenentre sí, mientras que las longitudes de onda azules de la luz se amplifican entre sí.
"Por lo general, asociamos la idea del trastorno con la noción de que algo es incontrolable", dijo Federico Capasso, profesor de Física Aplicada de Robert L. Wallace y miembro investigador senior de ingeniería eléctrica de Vinton Hayes en SEAS y autor principal del artículo."Aquí el desorden puede ser aprovechado y utilizado como parámetro de diseño para crear una nueva clase de metamateriales con una amplia gama de funcionalidades y aplicaciones"
Inspirados por la pluma de cotinga, los investigadores utilizaron un proceso de grabado simple para crear una red de redes porosa compleja pero aleatoria en una aleación metálica. Luego, la estructura se revistió con una capa de alúmina transparente ultrafina.
Puede estar pensando, ¿qué tipo de colores puede producir una aleación metálica que no sea gris? Como resultado, muchos. Desde el científico inglés del siglo XIX Michael Faraday, los científicos han sabido que los metales contienen una gran cantidad de colores, pero la luz nono penetre lo suficiente como para revelarlos. Una partícula de oro, por ejemplo, dependiendo de su tamaño y forma, puede ser roja, rosa o incluso azul.
La nanoestructura porosa crea puntos calientes localizados de diferentes colores en la aleación. El color que se refleja en los estados localizados depende del grosor del recubrimiento transparente.
Sin una capa de alúmina, el material se ve oscuro. Con un recubrimiento de 33 nanómetros de espesor, el material refleja la luz azul. A 45 nanómetros, el material se vuelve rojo y con un recubrimiento de 53 nanómetros de espesor, el material es amarillo. Al cambiar el espesordel recubrimiento, los investigadores podrían crear un degradado de colores.
"Esta situación es equivalente a un material con una cantidad extremadamente grande de fuentes de luz microscópicas y coloridas", dijo Andrea Fratalocchi, autor correspondiente del artículo y profesor de Ingeniería Eléctrica; Matemática Aplicada y Ciencias Computacionales en la Universidad Rey Abdullah deCiencia y tecnología ". La presencia de una capa delgada de óxido puede controlar la intensidad de estas fuentes, encendiéndolas y apagándolas colectivamente de acuerdo con el grosor de la capa de óxido. Esta investigación muestra cómo los materiales desordenados pueden convertirse en un material extremadamente poderosotecnología, que puede habilitar aplicaciones a gran escala que serían imposibles con los medios convencionales ".
La metasuperficie es extremadamente liviana y resistente a los arañazos y podría usarse en aplicaciones comerciales a gran escala, como revestimientos livianos para el sector automotriz, tejidos biomiméticos y camuflaje.
"Esta es una forma completamente nueva de controlar las respuestas ópticas en metamateriales", dijo Henning Galinski, coautor del artículo y ex becario postdoctoral en el grupo Capasso. "Ahora tenemos una forma de diseñar metamateriales en regiones muy pequeñas", que anteriormente eran demasiado pequeños para la litografía convencional. Este sistema allana el camino para metamateriales a gran escala y extremadamente robustos que interactúan con la luz de maneras realmente interesantes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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