Farveskiftende kunstig kamæleonskind drevet af nanomaskiner

Forskere har udviklet kunstig 'kamæleonskind', der skifter farve, når den udsættes for lys, og som kan bruges i applikationer som aktiv camouflage og dynamiske skærme i stor skala.

Materialet, udviklet af forskere fra University of Cambridge, er lavet af små partikler af guld belagt i en polymerskal, og derefter presset ud i mikrodråber vand i olie. Når de udsættes for varme eller lys, partiklerne klæber sammen, at ændre farven på materialet. Resultaterne er rapporteret i journalen Avancerede optiske materialer .

I naturen, dyr som kamæleoner og blæksprutter er i stand til at skifte farve takket være kromatoforer:hudceller med kontraktile fibre, der flytter pigmenter rundt. Pigmenterne er spredt ud for at vise deres farve, eller klemt sammen for at gøre cellen klar.

De kunstige kromatoforer udviklet af Cambridge-forskerne er bygget efter samme princip, men i stedet for kontraktile fibre, deres farveskiftende evner er afhængige af lysdrevne nanomekanismer, og 'cellerne' er mikroskopiske dråber vand.

Når materialet opvarmes til over 32C, nanopartiklerne lagrer store mængder elastisk energi på en brøkdel af et sekund, da polymerbelægningerne udstøder alt vandet og kollapser. Dette har den effekt, at nanopartiklerne tvinges til at binde sig sammen til tætte klynger. Når materialet er afkølet, polymererne optager vand og udvider sig, og guld-nanopartiklerne skubbes stærkt og hurtigt fra hinanden, som en fjeder.

"At indlæse nanopartiklerne i mikrodråberne giver os mulighed for at kontrollere formen og størrelsen af ​​klyngerne, giver os dramatiske farveændringer, " sagde Dr. Andrew Salmon fra Cambridges Cavendish Laboratory, undersøgelsens medførsteforfatter.

Nanopartiklernes geometri, når de binder sig til klynger, bestemmer, hvilken farve de fremstår som:Når nanopartiklerne er spredt fra hinanden, er de røde, og når de klynger sig sammen er de mørkeblå. Imidlertid, vanddråberne komprimerer også partikelklyngerne, får dem til at skygge for hinanden og gøre den klyngede tilstand næsten gennemsigtig.

I øjeblikket, materialet udviklet af Cambridge-forskerne er i et enkelt lag, så er kun i stand til at skifte til en enkelt farve. Imidlertid, forskellige nanopartikelmaterialer og -former kan bruges i ekstra lag for at lave et fuldt dynamisk materiale, som ægte kamæleonskind.

Forskerne observerede også, at de kunstige celler kan 'svømme' på enkle måder, ligner algen Volvox. At skinne et lys på den ene kant af dråberne får overfladen til at skrælle mod lyset, skubbe den frem. Under stærkere belysning, højtryksbobler dannes kort for at skubbe dråberne langs en overflade.

"Dette arbejde er et stort fremskridt i at bruge nanoskalateknologi til at lave biomimik, " sagde medforfatter Sean Cormier. "Vi arbejder nu på at kopiere dette på rulle-til-rulle-film, så vi kan lave metervis af farveskiftende ark. Ved at bruge struktureret lys planlægger vi også at bruge den lysudløste svømning til at 'besætte' dråber. Det bliver virkelig spændende at se, hvilken kollektiv adfærd der genereres."