Czy można uzyskać kolor, który nigdy nie blaknie? Natura udowadnia, że można. Są to tzw. kolory strukturalne, za które odpowiadają nie pigmenty, a specyficzna, nanostrukturalna budowa materiału. Naukowcy z Harvardu pracują właśnie nad tym, jak ją odtworzyć.
Fot. jennifer I. / Foter.com / CC-BY-NC-SA 2.0
W harvardzkim Muzeum Zoologii Porównawczej znajduje się niezwykły eksponat. To bławatnik kajeński – gatunek ptaka, który charakteryzuje się niecodziennym, migotliwie niebieskim upierzeniem. Mimo że eksponat ma wiele lat, zachował do dziś tę intensywną barwę. Sekret? Kolor strukturalny.
Dowolny materiał, dowolny odcień
W przeciwieństwie do odcieni, z którymi spotykamy się na co dzień – powstającymi poprzez absorpcję i emisję promieniowania – kolory strukturalne tworzą się dzięki specyficznej nanostrukturze, która wzmacnia docierające do niej promieniowanie. Komórki, z których zbudowane są pióra bławatnika kajeńskiego, wypełnione są leżącymi blisko siebie porami, które odbijają światło o długości odpowiadającej właśnie kolorowi niebieskiemu.
Bławatnik kajeński. Fot. Greg Hume (Wikimedia Commons)
Wynika z tego, że barwa zależy wyłącznie od wewnętrznej budowy elementu – gdyby pióro zostało sproszkowane, straciłoby swój niezwykły kolor. Oznacza to również, że pożądany odcień możemy uzyskać przy pomocy jakiegokolwiek materiału. Wystarczy tylko zapewnić mu właściwą strukturę.
Co więcej – w ten sposób można tworzyć dowolny kolor, ponieważ długość fali światła odbitego zależy tylko od odległości między nanostrukturami. W przypadku bławatnika odległość między nimi odpowiada właśnie połyskliwemu niebieskiemu odcieniowi. Gdyby jednak odsunąć pory znajdujące się w jego piórach na większą odległość, kolor byłby już zupełnie inny.
Kurczące się mikrokapsułki
Oczywiście odtworzenie takiej struktury jest w praktyce niesamowicie trudne. Nie zraża to jednak naukowców z Harvard School of Engineering and Applied Sciences na czele z profesorem Vinothanem N. Manoharanem.
Punktem wyjścia dla zespołu Manoharana są mikrokapsułki wypełnione wodnym roztworem jeszcze mniejszych cząsteczek. W miarę jak mikrokapsułki wysychają, kurczą się i dzięki temu zawieszone w roztworze cząsteczki zbliżają się do siebie. W pełni kontrolując ten proces można uzyskać między nimi taką średnią odległość, jaka jest potrzebna by uzyskać określony kolor.
Kolor wiecznie żywy
Fot. rexboggs5 / Foter.com / CC-BY-ND 2.0
Upowszechnienie tego sposobu uzyskiwania kolorów zaoszczędziłoby z pewnością wiele pracy. Na przykład stosowany obecnie barwnik czerwony, koszenila, otrzymywany jest z pancerzyków owadów zwanych czerwcami kaktusowymi. Proces ten jest pracochłonny i wymaga pozyskania dużej ilości owadów, dlatego alternatywa dla niego byłaby mile widziana w przemyśle.
Z kolei barwniki syntetyczne są często oparte na toksycznych chemikaliach. Kolor strukturalny ma więc przewagę zarówno nad naturalnymi barwnikami takimi jak koszenila jak i nad środkami chemicznymi – jest to nieszkodliwy dla zdrowia i prosty sposób uzyskiwania pożądanej barwy.
Oczywiście nie można nie wspomnieć o jeszcze jednej ważnej korzyści, o której była mowa już na wstępie naszego tekstu – kolor, który nie blaknie! Jeśli dobrze pójdzie, wkrótce nie tylko bławatnik kajeński będzie mógł szczycić wiecznie niebieskimi piórkami…
Kolor strukturalny jest trwały tak długo, jak długo nienaruszona pozostaje nanostruktura obiektu. Inaczej niż w przypadku barw otrzymywanych standardowo, kiedy to bombardowane promieniowaniem świetlnym pigmenty z czasem nie są go już w stanie absorbować tak jak na początku. Przez to właśnie kolor blednie.
Mikrokapsułki zamiast pigmentów
Jeśli tylko technologię opracowaną przez zespół profesora Manoharana uda się dostosować do potrzeb przemysłu, mikrokapsułki będą mogły zastąpić powszechnie stosowane w przemyśle lakierniczym pigmenty. W ten sposób będziemy mieć do dyspozycji farby, które nigdy nie blakną.
Jak zapewniają naukowcy, to również przydatny patent w przypadku elektronicznych wyświetlaczy. Barwne mikrokapsułki mogłyby zastąpić diody LED, ciekłe kryształy czy „elektroniczne tusze”. Obecnie laboratorium profesora Manoharana współpracuje z Biurem Rozwoju Technologicznego Uniwersytetu Harvarda na drodze do komercjalizacji opracowanego rozwiązania.
Źródło: Harvard School of Engineering and Applied Science
