Strukturelt farveblæk:Printbar, ikke-iriserende og let

De forklarer:"I tidligere arbejde siden 2020 var vi de første til at opnå præcis partikelstørrelseskontrol og udvikle kolloide suspensioner af sfæriske og krystallinske siliciumnanopartikler. Disse enkelte siliciumnanopartikler spreder lys i klare farver ved fænomenet 'Mie-resonans', som giver os mulighed for at udvikle strukturelle farveblæk."

Med Mie-resonans reflekterer sfæriske partikler af en størrelse, der kan sammenlignes med lysets bølgelængde, specifikke bølgelængder særligt stærkt. Det betyder, at den farve, der hovedsageligt kommer tilbage fra suspensionen, kan kontrolleres blot ved at variere størrelsen af ​​partiklerne.

I deres arbejde offentliggjort i tidsskriftet ACS Applied Nano Materials , Fujii og Sugimoto demonstrerer, at suspensionen kan påføres overflader og vil således belægge det underliggende materiale i en form for strukturel farve, der ikke afhænger af synsvinklen.

Dette skyldes, at farven ikke frembringes af lys, der reflekteres fra tilstødende strukturer, som med "traditionelle" strukturelle farver, men af ​​dens meget effektive spredning omkring individuelle nanosfærer. Sugimoto forklarer en anden fordel:"Et enkelt lag af tyndt fordelte siliciumnanopartikler med en tykkelse på kun 100-200 nanometer viser klare farver, men vejer mindre end et halvt gram pr. kvadratmeter. Dette gør vores siliciumnanosfærer til en af ​​de letteste farvebelægninger i verden."

Kobe University-teamet brugte beregningssimuleringer til at udforske blækkets egenskaber under forskellige omstændigheder, såsom ved at variere størrelsen af ​​partiklerne og afstanden mellem dem, og bekræftede derefter deres resultater eksperimentelt. De fandt ud af, at i modsætning til intuitionen var reflektansen højest, når de enkelte partikler blev adskilt i stedet for, når de var tæt pakket.

Forfatterne forklarer:"Denne høje reflektans på trods af lille dækning af overfladen af ​​nanosfærerne skyldes den meget store spredningseffektivitet. Kravet om en meget lille mængde siliciumkrystaller til farvning er en fordel ved anvendelsen som farvepigment."

Efter yderligere udvikling og forbedringer forventer de interessante anvendelser af deres teknologi. Sugimoto forklarer, "Vi kan anvende det på belægningen af ​​for eksempel flyvemaskiner. Pigmenterne og belægningerne på et fly vejer flere hundrede kilo. Hvis vi bruger vores nanosfærebaserede blæk, kan vi muligvis reducere vægt til mindre end 10 % af det."

Flere oplysninger: Monolag af Mie-resonant silicium nanosfærer til strukturel farvning, ACS påførte nanomaterialer (2024). DOI:10.1021/acsanm.3c04689

Leveret af Kobe University