La naturaleza dota a las criaturas de una variedad de colores, además de los comunes rojo, naranja, amarillo, verde, azul, azul y morado, también hay colores metálicos con buenos efectos reflectantes, etc. Curiosamente, los colores de algunas criaturas también pueden brillar como el metal e incluso cambiar de color bajo diferentes luces. De hecho, muchos colores en la naturaleza son producidos por pigmentos, pero algunos colores también se forman por efectos ópticos, como las escamas de las alas de las mariposas, las plumas de las aves y los caparazones de los escarabajos. Sus colores no se derivan de los pigmentos, sino que se forman por efectos estructurales. colores.
Recientemente, Benjamin Miller, estudiante de posgrado en la Escuela de Ingeniería Mecánica del MIT, se inspiró en los colores estructurales de la naturaleza y utilizó películas holográficas elásticas para crear una solución de visualización e impresión colorida que cambia de color cuando se estira. Se dice que esta es la primera tecnología de síntesis de color estructural confiable y de bajo costo, que se puede aplicar a varios escenarios, como tratamiento médico, asuntos militares y AR/VR.
Inspirado en los colores estructurales
El color estructural es un fenómeno natural. No muestra el color directamente a través de los pigmentos, sino que produce el color a través de la refracción, la reflexión difusa, la difracción y la interferencia de las ondas de luz en los materiales naturales. Este fenómeno suele aparecer en las escamas de las mariposas y las plumas de las aves. , élitros de escarabajos , y conchas de animales marinos, la apariencia puede tener brillo metálico, destellos y otras características.
A diferencia de los pigmentos fijos, los colores estructurales suelen ser dinámicos, colores cambiantes, colores brillantes, alta saturación y nunca se desvanecen. Basados en nanoestructuras inclinadas y en capas, los colores estructurales pueden reflejar la luz como espejos de colores en miniatura, reflectores Bragg. Al deformarse, también cambia la densidad de sus nanoestructuras, que a su vez controla el reflejo de las ondas de luz y logra cambios de color (por ejemplo, de rojo a azul).
A finales del siglo XIX, el físico francés Gabriel Lippmann utilizó el principio del color estructural para inventar la interferometría fotográfica en color.Este método no requiere tintes, sino que utiliza colores naturales de diferentes longitudes de onda para restaurar los colores originales de las fotos en blanco y negro. El método de Lippmann para sintetizar el color estructural es relativamente complicado. Necesita usar tecnología de proteínas para cubrir la emulsión fotosensible ultrafina en la superficie del espejo. Después del secado, pasará por un baño de plata y otros pasos, y luego se expondrá al haz de luz. Después que la emulsión fotosensible reconfigurará la estructura y reflejará el haz de luz, los patrones y las longitudes de onda. Este proceso requiere mucho tiempo y mano de obra, especialmente la parte de exposición que lleva varios días.
Proceso de síntesis de color estructural simplificado
Previamente, varios investigadores han intentado replicar el color estructural en diferentes materiales, pero el problema es que solo se han producido muestras a pequeña escala, y expandir la escala del color estructural reducirá la precisión óptica. Más tarde, Benjamin Miller, un estudiante de posgrado en la Escuela de Ingeniería Mecánica del MIT, se inspiró en la tecnología holográfica y dijo: la tecnología holográfica realiza la visualización de imágenes en 3D mediante la superposición de dos haces de luz sobre materiales físicos, que es casi lo mismo que el proceso de formando colores estructurales en la naturaleza. .
Al igual que la emulsión de Lippmann, los materiales holográficos también son materiales fotosensibles que pueden registrar y reflejar la luz, y se usan comúnmente en carteles antifalsificación y películas holográficas antifalsificación en pasaportes. Actualmente, los materiales holográficos son lo suficientemente sensibles para ser coloreados usando proyectores disponibles en el mercado, lo que solo lleva unos minutos.
La solución de Miller es más simple que el método de fotografía en color de Lippmann: primero, la película holográfica se pega a una superficie reflectante, como un espejo o una placa de acero, y luego se ilumina una imagen digital con un proyector de escritorio. El resultado es una nanoestructura formada en la película holográfica, que cuando se retira y se superpone a un respaldo o tela de silicona negra crea un material de color estructurado. En pocas palabras, se crea un holograma elástico estirable.
Varios escenarios de aplicación
Para verificar el efecto del esquema, los investigadores solo hicieron una película flexible de 8x6 pulgadas con un patrón de ramo complejo impreso. Cuando estiras la película, el tono del ramo cambia de cálido a frío. Además, esta tecnología también puede transferir la textura superficial de fresas, monedas, dedos y otros objetos. El color rojo de la película comenzará a volverse verde o incluso azul cuando esté bajo presión, lo que puede responder con sensibilidad a los cambios de presión.
Debido a la elasticidad de la película holográfica, esta tecnología se puede integrar fácilmente con telas para crear trajes de baño y bodys. Los colores estructurales suelen pertenecer a una estructura microporosa multicapa, que soporta la circulación de líquido y gas en su interior. Si se aplica a dispositivos portátiles, también puede lograr efectos transpirables y de aislamiento térmico.
Además, también se puede usar para hacer vendajes de presión, que pueden responder a la presión a través de cambios de color, lo que ayuda al personal médico y a los pacientes a controlar mejor la tensión de los vendajes. Más escenarios de aplicaciones potenciales incluyen: robots táctiles, pantallas montadas en cascos, sigilo y camuflaje (escenarios militares), imágenes en 3D, AR/VR, dispositivos portátiles, procesamiento de información óptica y otros campos.
Curiosamente, utilizando las propiedades de la película de color estructural elástica, también es posible ocultar la imagen en ella. Cuando la película se estira, la imagen, que de otro modo sería invisible, se volverá roja, lo que es visible a simple vista. Por lo tanto, esto también se puede aprovechar para editar información oculta.
En general, la técnica del equipo es la primera en permitir la proyección a gran escala de materiales de colores estructurales detallados, creando un método simple pero muy eficiente para producir estructuras fotónicas de gran área. Los investigadores dicen que la tecnología podría cambiar las reglas del juego para recubrimientos y empaques, así como para dispositivos portátiles. Referencia: MIT