Jasné farby vďaka nanotechnológii

Modrá Tarantula (Poecilotheria Metallica) inšpirovala výskumníkov k výrobe ne-iridescentnej štrukturálnej farby.

Farby sú vyrábané mnohými rôznymi spôsobmi. Najznámejšími farbami sú pigmenty. Veľmi svetlé farby Tarantuly modrej alebo pávích pier nevyplývajú z pigmentov, ale z nanoštruktúr, ktoré spôsobujú odrazené svetelné vlny. To vytvára mimoriadne dynamické farebné efekty. Vedcom z Karlsruhe Institute of Technology (KIT), v spolupráci so zahraničnými kolegami, sa teraz podarilo replikovať nanoštruktúry, ktoré generujú rovnakú farbu a to bez ohľadu na uhle pohľadu.

Na rozdiel od pigmentov, sú štrukturálne farby netoxické, živšie a trvanlivé. V priemyselnej výrobe majú ale tú nevýhodu, že sú silno irizujúce, čo znamená, že farba je závislá na uhle pozorovania.

Príkladom je zadná strana CD disku. Z tohto dôvodu nemôžu byť tieto farby použité pre všetky aplikácie. Naopak, svetlé farby zvierat sú často nezávislé na uhle pohľadu. Perie Rybárika riečneho je vždy modré, bez ohľadu na tom, z ktorého uhla sa pozeráme.

Nanoštruktúra v tvare kevtiny, ktorá generuje modrú frabu Tarantuly.

Dôvod spočíva v nanoštruktúrach. Pri pravidelných štruktúrach sú irizujúce, amorfné alebo nepravidelné štruktúry produkujú vždy rovnakú farbu. I napriek tomu ale môže priemysel vyrábať iba pravidelné nanoštruktúry, ekonomicky efektívnym spôsobom.

Radwanul Hasan Siddique, výskumný pracovník na KIT v spolupráci s vedcami z USA a Belgicka zistili, že Tarantula modrá nevykazuje hru farieb, napriek periodickým štruktúram na svojich chlpoch. Ich štúdia po prvý raz ukázala, že chĺpky sú viacvrstvové, ako štruktúra kvetu.

Výskumníci potom analyzovali ich odrazové správanie pomocou počítačových simulácií. Súbežne s tým vytvorili pomocou nano 3D tlačiarní modely, ktoré potom optimalizovali pomocou simulácií.

Na konci vyrobili štruktúru podobnú kvetine, ktorá vytvára rovnaké farby nad pozorovacím uhlom 160 stupňov. Doposiaľ ide o najväčší dosiahnutý zorný uhol akejkoľvek štrukturálnej farby.

3D tlač optimalizovanej štruktúry kvetiny má iba 15 nanometrov. Ľudský vlas je asi 3x hrubší.

Okrem viacvrstvovej štruktúry a rotačnej symetrie, je to práve hierarchická nanoštruktúra, ktorá zaisťuje intenzitu reflexie a zabraňuje farebným zmenám.

Výsledná farba môže byť nastavená prostredníctvom veľkosti ″kvetu″, čo robí tento spôsob farbenia zaujímavý pre priemysel.

″To by mohol byť kľúčový prvý krok smerom k budúcnosti, kde by štrukturálne farbivá nahradili toxické pigmenty, používané dnes v textilnom, baliacom a kozmetickom priemysle,″ hovorí Radwanul Hasan Siddique. Tiež predpokladá, že v krátkej dobe sú uskutočniteľné aplikácie v textilnom priemysle.

Dr. Hendrik Hölscher si myslí, že škálovateľnosť nano 3D tlače je najväčším problémom na ceste k priemyselnému využitiu. Len málo spoločností na svete sú schopné produkovať takéto tlače. Podľa jeho názoru však rýchly vývoj tejto oblasti určite vyrieši i tento problém v blízkej budúcnosti.


Zdroj: nanowerk.com

Leave a Comment