Структурный цвет из кластеров нанокристаллов
 М-чернила (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Структурные цвета – цвета, полученные не при помощи определенных красителей или пигментов, а в результате взаимодействия света с периодическими структурами на поверхности. С точки зрения физики, структурные цвета обусловлены особенностями отражения и поглощения световых волн поверхностью (дифракцией). Подобные «прочные» цвета встречаются в природе, например, на крыльях бабочек и павлиньих перьях.
По сравнению с привычными нам красителями, структурные цвета имеют целый ряд преимуществ, основным из которых является стойкость к отбеливанию. Самое главное, что разнообразные структурные цвета могут быть получены из одного и того же вещества простой модификацией поверхности на уровне наноструктур. Такие свойства делают структурную цветную печать объектом повышенного интереса различных областей науки и технологий. Однако, до сих пор все попытки создать искусственный структурный цвет были слишком трудоемкими.
Подражая структурным цветам, обнаруженным на крыльях бабочек и павлиньих перьях, группа исследователей из Южной Кореи (из Национального Университета г. Сеула) предложила методику структурной цветной печати, позволяющую получать фактически любые цвета за считанные секунды. Результаты своей работы они опубликовали в журнале Nature Photonics.
Ученые предложили создать материал, получивший название «M-Ink» (М-чернила), изменяющий свои свойства под действием магнитного поля. Сформированный таким образом цвет может быть быстро зафиксирован, благодаря ультрафиолетовому излучению, направленному на М-чернила.
Так называемые М-чернила – это трехфазная система, состоящая из кластеров коллоидных нанокристаллов (colloidal nanocrystal clusters, CNC), жидкости и фоточувствительной смолы. Под действием магнитного поля кластеры нанокристаллов формируют периодические структуры, ориентированные вдоль линий магнитного поля. Итоговый цвет формируется благодаря особенностям дифракции световых волн на полученной решетке и, естественно, зависит от параметров этой решетки, т.е. расстояния между отдельными кластерами. Именно этот параметр можно контролировать при помощи величины внешнего магнитного поля.
Как только цвет (т.е., фактически, дифракционная решетка) сформирован, он может быть зафиксирован при помощи ультрафиолета, воздействующего на фоточувствительную смолу. Поскольку этот процесс, фактически, мгновенный, цвет можно «зафиксировать» без значительных искажений.
Своей методикой ученые преодолели целый ряд ограничений различных подходов, использовавшихся ранее. Первоочередное достижение исследователей из Южной Кореи – это скорость формирования структурного цвета и итоговая стоимость его получения. За счет этого предложенный масштабируемый метод, по мнению исследовательской группы, может найти широкое коммерческое применение, например, в создании средств защиты товаров от подделки, а также в ходе изобретения и внедрения новых материалов.
Источники: