Новая «кожа хамелеона» меняет цвет в зависимости от натяжения

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли разработали ультратонкий материал, который может менять цвет на наноуровне, как кожа хамелеона. Фактически плёнка меняет цвет в зависимости от натяжения (когда её сгибают) или от надавливания.

Цвет большинства природных материалов (а также красок, тканей) зависит от их химического состава. Когда белый свет попадает на поверхность этих материалов, определённые длины волн света поглощаются, а остальные отражаются обратно в окружающее пространство. Благодаря этому мы и воспринимаем определённые цвета. Изменение цвета, таким образом, требует изменения химического состава материала. Изобретение американцев использует иной подход к созданию цвета.

Материал изготовлен с помощью так называемой структурной окраски. То есть цвет поверхности (поглощаемые и отражаемые волны) определяет структура материала. Это не новое явление — в природе таким образом создаются радужные переливы павлиньих перьев, крыльев бабочек или экзоскелетов жуков. Ещё триста лет назад Исаак Ньютон предположил, что некоторые структурные методы окрашивания могут быть использованы при промышленном и коммерческом производстве.

Вот как работает искусственная кожа замелеона. Кремниевая плёнка в тысячу раз тоньше человеческого волоса (около 120 нм) крепится на слой силикона, а затем на неё наносятся крошечные (меньше длины волны света) рёбра. Кремниевый слой настолько гибок, что его можно сравнить с кожей — крепиться он может практически к любой поверхности. Изменяемое расстояние между рёбрами-рифлениями позволяет получить различные цвета.

Кроме того, материал имеет высокую отражательную способность. Он отражает до 83% падающего света, так что на деле искусственная кожа оказывается столь же яркой, как и кожа настоящего хамелеона. Материал производит чистые цвета от зелёного до жёлтого, оранжевого и красного.

А ещё новый материал оказался намного более лёгким и гибким, чем предыдущие похожие разработки. То есть он может применяться для окрашивания различных поверхностей, отмечают изобретатели из Беркли.

"Это первый случай, когда кому-то удалось изготовить гибкую структуру, подобную хамелеоновой коже, которая может изменять цвет просто при сгибании, — говорит Конни Чан-Хэзнайн (Connie J. Chang-Hasnain), член исследовательской группы и соавтор исследования. — Если у вас есть поверхность с определёнными структурами, расположенными таким образом, чтобы взаимодействовать с волнами света определённой длины, вы можете изменять её цвет, влияя на её свойства и размеры".

Новая технология кажется многообещающей, обеспечивающей большую эффективность, гибкость и точность в формировании определённых цветов.

Разработчики утверждают, что материал на основе кремния может найти своё применение при изготовлении энергосберегающих полноцветных дисплеев, различного рода камуфляжных материалов. А ещё их можно использовать для визуального отображения структурного износа зданий, мостов, крыльев самолётов и других важных конструкций (при появлении трещины слегка изменяется натяжение материала, а значит, даже незначительные трещины станут более заметными для глаза человека).

Научная статья о новом материале-хамелеоне была опубликована в журнале Optica.