Фотонные кристаллы заставили искусственный краситель менять цвет при смене фона

Фотонные кристаллы заставили искусственный краситель менять цвет при смене фона

Японские химики синтезировали новый тип красителя, который меняет свой цвет в зависимости от типа освещения и цвета фона, на которое помещено изображение. Добиться такого эффекта можно, совместив в материале три вида пигментов: фотохромный и черный пигменты, а также коллоидный кристалл со структурной окраской, пишут ученые в статье в Small.

Некоторые животные — например, хамелеон, осьминоги и некоторые виды лягушек, — способны менять цвет кожи в ответ на изменение внешних условий. Поскольку одна из функций подобного изменения цвета — это маскировка, то один из факторов, которые приводят к смене окраски — изменение цвета окружающего фона. Например, лягушкам это удается делать за счет наличия в коже нескольких типов пигментных клеток: ксантофоров, которые поглощают в коротковолновой области и придают коже основной цвет, меланофоров, которые поглощают весь свет в видимой области, и иридофоров, которые служат источником структурной окраски, создаваемой только за счет отражения и рассеяния света. Слой меланофоров в коже находится под слоем иридофоров, выступая для них своеобразной фоновой подложкой. При этом количество поглощенного в меланофорах света может меняться в зависимости от внешних условий за счет перераспределения гранул меланина в клетках. Смена цвета подложки меняет картину рассеяния света в иридофорах, что приводит, таким образом, к изменению окраски кожи.

Японские химики из Нагойского университета под руководством Юкикадзу Такеоки (Yukikazu Takeoka) предложили использовать аналогичную схему для создания искусственных красителей, которые могут менять свой цвет в зависимости от цвета фона. Для этого ученые использовали три типа красителей: фотохромный краситель, который меняет свой цвет при облучении светом определенной длины волны, черный пигмент и источник структурной окраски — сферические коллоидные кристаллы, состоящие из наночастиц оксида кремния, которые за счет своей структуры могут отражать свет только определенной длины волны. Именно рассеяние света на этих кристаллах и позволяет этой смеси реагировать на цвет фона — то есть той поверхности, которая находится за кристаллом при прохождении сквозь него пучка света.

В своем исследовании ученые определили, как цвет коллоидного кристалла меняется в зависимости от размера сферических частиц, а также — при смене цвета фона, помещенного за изображением, которое было нанесено с помощью такого красителя на прозрачную стеклянную поверхность. Оказалось, что кристаллы размером 29 микрометров на белом фоне — белого цвета, а при смене цвета фона на черный, у кристалла появляется окраска, которая зависит от размера наночастиц, из которых этот кристалл состоит. Так, для частиц размером 220 нанометров на черном фоне кристалл будет иметь синий цвет, а для частиц размером 300 нанометров — красный. Для кристаллов же размером более 100 микрометров такого эффекта не наблюдается.

Чтобы сделать более выраженной фотонную запрещенную зону в коллоидных кристаллах (а соответственно — увеличить их яркость), авторы работы предложили добавлять в эти кристаллы наночастицы черного красителя на основе углеродных наночастиц. А для возможности изменения цвета под действием ультрафиолетового излучения, в краситель был добавлен фотохромный диарилэтеновый пигмент. В результате ученым удалось создать такой красящий материал, который может менять свой цвет при изменении размера кристаллов, цвета фона и наличии ультрафиолетового излучения. А меняя концентрацию и точный состав компонентов, можно менять основной цвет красителя.

По словам авторов работы, предложенный ими материал позволяет более точно контролировать цвет искусственных красителей и его яркость. При этом менять его можно несколькими различными способами, используя при этом не только традиционное поглощение света, но и возможность управлять структурной окраской коллоидных кристаллов. В будущем подобные красители ученые предлагают использовать, например, при разработке новых типов дисплеев.
Изменение цвета фона или интенсивности излучения — не единственные внешние условия, изменения которых могут приводить к смене окраски искусственных красителей. Так, недавно ученые синтезировали эластомерный материал, который меняет свой цвет при растяжении. Его можно использовать, например, чтобы определить силу сдавливания эластичного бинта.

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>