Hvordan forskere opfinder nye farver

I titusinder af år, mennesker har skabt farver gennem simpel kemi. Først brugte vi farvestoffer, der findes i naturen, såsom bær og kul. Senere, nye pigmenter blev syntetiseret i laboratoriet.

Nu, du tror måske, at forskere ville have fundet på alle mulige farver, men faktisk bliver de fortsat opfundet for at imødekomme nye udfordringer:tanke har brug for bedre camouflage, spejle skal være lysere, og satellitter har brug for nye lysabsorberende finish for at kunne kigge længere ud i rummet.

I dag bruger forskere fysik til at opfinde nye farver, måske inspireret af de iriserende nuancer skabt af strukturer i sommerfuglvinger, der spreder lys.

Disse nye strukturelle farver er resultatet af en interaktion mellem lys og nanoskala funktioner mange gange tyndere end menneskehår.

At opfinde farver er nu en spændende kombination af kemi sammen med nye materialer og strukturer.

Historien om Vantablack

Vantablack er et berømt eksempel på farve skabt gennem struktur.

Forskere ved Surrey NanoSystems i Det Forenede Kongerige lancerede "Vantablack" i 2014. Lavet af pakket lodret justerede små kulrør, rørens struktur og indretning forbedrer kulstoffets naturlige sorte natur yderligere, lad det fange 99,96% af lyset.

For at sætte dette i perspektiv, hvis du tænker på en træskov med en diameter i diameter, så ville disse træer blive omkring en kilometer høje. Lys, der falder på denne meget høje skov af rør, hopper rundt og absorberes næsten perfekt.

Flere forskergrupper, herunder NASA, har fokuseret på lignende bestræbelser på at opnå den "sorteste sort". Selvom flere materialer kan bruges til dette formål, herunder nanopartikler og stænger af guld, det ser ud til, at kulstof -nanorørbelægninger er den mest effektive løsning.

Selvom det ikke er så absorberende af lys, naturen har sin egen version af Vantablack. Den vestafrikanske Gabon hugorm dorsale skalaer, nogle af de mørkeste fundet i naturen, har en specifik "bladlignende" struktur. Den bruger sin sorte strukturelle farve som en del af en udførlig camouflage tilpasset dens skovhabitat.

Hvorfor har vi brug for den "sorteste sort"?

Jagten på et absolut sort materiale er drevet af et behov for fuldstændigt at absorbere lysenergi og omdanne det til varme.

Følsomheden af ​​optiske instrumenter, der kræver en minimal mængde omstrejfende eller uønsket lys, såsom teleskoper, kunne forbedres betydeligt med tilføjelsen af ​​Vantablack-belagte overflader i deres optiske system, for eksempel. Dette kan muliggøre observation af svagere stjerner.

I infrarøde eller termiske sensorsystemer, dens anvendelse kan også forbedre signal-til-støj-forholdet og resultere i bedre opløsning i varmedetektering. Da materialer som Vantablack absorberer næsten alt lys, andre mulige anvendelser kunne ligge i termiske opsamlingssystemer såsom solpaneler.

Belægningen er relativt skrøbelig, imidlertid, og skal typisk beskyttes eller indkapsles i et instrument.

Opfattelse og refleksion

Vi ser farver, fordi lys reflekteres fra vores omgivelser. Det er ret foruroligende at se på en Vantablack -overflade, trods alt, da manglen på lysrefleksion giver en fornemmelse af tomhed, der er svær for hjernen at behandle.

Whist Vantablack absorberer lys, i nogle applikationer, såsom spejle, vi vil have, at de reflekterer alt muligt lys.

Spejle til koncentrerede solapplikationer har brug for stærkt reflekterende belægninger for at reflektere alt lys og koncentrere Solens energi til et enkelt punkt for at skabe varme. Denne varme kan derefter bruges til at generere elektricitet.

Vi udvikler også visuelle effekter til bilbrug ved at indlejre mikropartikler i belægninger, skabe en satin eller lavglans plastbeklædning. Disse mikropartikler er lavet af glas og spreder det indgående lys, hopper rundt om laget de er indlejret i og giver anledning til en ensartet satin effekt.

Traditionelt set dette ville have været gjort med galvanisering, en proces, hvor metaller aflejres på en overflade fra flydende metalsaltbade. Denne alternative teknik undgår de kræftfremkaldende materialer, der bruges til galvanisering til at levere lignende ydeevne, men med få miljøproblemer.

Nye farver kan også opnås ved lagdeling af materialer med forskellige brydningsindeks - et mål for et materiales evne til at bøje lys. Når du stabler et antal lag med forskellige brydningsindeks oven på hinanden og kontrollerer deres tykkelse, du kan producere interferens. Dette er det samme fænomen, som når man ser en olieudslip på vandet.

Men, som sædvanligt, naturen er nået dertil først. Reflekterende strukturel farve kan findes på skalaerne Sardina pilchardus , ellers kendt som den ydmyge europæiske sardin.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.