Создан умный материал, мгновенно меняющий цвет по команде

Структурные цвета создаются не пигментами или красителями, а бесцветными физическими наноструктурами. Когда световые волны сталкиваются с этими наноструктурами, они интерферируют друг с другом. Некоторые волны гасят друг друга (они поглощаются), а остальные отражаются (или рассеиваются) и попадают в наши глаза, придавая им видимый цвет.

Структурные цветовые системы могут быть сконструированы таким образом, чтобы отражать несколько цветов от одного и того же бесцветного материала. Это отличается от использования пигментов, которые поглощают свет и отражают только один цвет: красные пигменты отражают красный цвет, синие — синий и так далее.

Уже много лет существует желание сделать структурные цвета динамическими, то есть такими, которые можно менять по команде. Однако воплотить эту идею в жизнь мешает сложность изготовления структур и отсутствие простого способа изменения цветов.

Команда из Университета Флориды разработала метод изменения структурной окраски с помощью материала, свойства которого меняются при нагревании. Как описывают исследователи в своей статье в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, они нанесли тонкий слой диоксида ванадия (умного материала, известного как материал, меняющий фазу) поверх отражающего слоя алюминия.

При нагревании выше определённой температуры диоксид ванадия превращается из изолятора в металл, что сопровождается изменением его кристаллической структуры. Когда свет попадает на этот материал, часть его отражается от верхнего слоя диоксида ванадия, а часть проходит сквозь него и отражается от алюминия, расположенного ниже.

Эти два отражённых луча света интерферируют друг с другом. Быстрое структурное изменение в диоксиде ванадия меняет время отражения света сверху и снизу, в результате чего они становятся несинхронизированными. Это меняет цвет, который компенсируется, а это, в свою очередь, меняет цвет, который мы видим.

Благодаря многослойной конструкции команда смогла легко менять цвет на различных материалах и получила новую мощную функцию для управления цветом.

«Такой подход позволяет добиться ярких, обратимых изменений цвета как на твёрдых, так и на гибких поверхностях без необходимости в сложной нанопроизводственной обработке, — написали исследователи в своей статье. — Регулируя процесс выращивания материала, мы можем расширить цветовую палитру и настроить температуру, при которой происходит переключение».

Команда успешно продемонстрировала динамическое переключение цвета на больших участках жёстких поверхностей и гибких материалов, включая текстиль и ткани, что открывает широкие возможности для различных сфер применения.