自然は生き物にさまざまな色を与えています。一般的な赤、オレンジ、黄、緑、青、青、紫に加えて、反射効果の高いメタリック カラーなどもあります。興味深いことに、一部の生き物の色は金属のようにきらめき、光によって色が変わることさえあります。実際、自然界の多くの色は顔料によって生成されますが、蝶の羽の鱗、鳥の羽、甲虫の甲羅など、光学効果によって生成される色もあります. それらの色は顔料に由来するのではなく、構造によって生成されます.色。
最近、マサチューセッツ工科大学機械工学部の大学院生 Benjamin Miller は、自然の構造色に触発され、伸縮性のあるホログラフィック フィルムを使用して、カラフルで、伸ばすと色が変わるディスプレイおよび印刷ソリューションを作成しました。これは、医療、軍事、AR/VRなど、さまざまなシーンで応用できる、低コストで信頼性の高い構造色合成技術としては世界初と言われています。
構造色にインスパイアされた
構造色は自然現象です. 顔料によって直接色を表示するのではなく, 天然物質上の光波の屈折, 拡散反射, 回折, および干渉によって色を生成します. この現象は通常、蝶の鱗や鳥の羽に見られます. , カブトムシのエリトラ、および海洋動物の貝殻の場合、外観に金属光沢、フラッシングおよびその他の特徴がある場合があります。
固定顔料とは異なり、構造色は通常、ダイナミックで変化しやすい色、明るい色、彩度が高く、色あせしません。傾斜した層状のナノ構造に基づく構造色は、小型の色付き鏡、ブラッグ反射鏡のように光を反射することができます。変形すると、ナノ構造の密度も変化し、光波の反射が制御され、色が変化します (たとえば、赤から青へ)。
19世紀の終わりに, フランスの物理学者ガブリエル・リップマンは構造色の原理を利用してカラー写真干渉法を発明した. この方法は染料を必要としないが, 異なる波長の自然な色を使って白黒写真の元の色を復元する. 構造色を合成するリップマンの方法は比較的複雑で、タンパク質技術を使用して鏡面に超微細な感光性乳剤を覆い、乾燥後、銀浴などの工程を経て、光ビームにさらされます.つまり、感光性乳剤が構造を再構成し、光ビームを反射します。パターンと波長。このプロセスは時間がかかり、労働集約的であり、特に露光部分は数日かかります。
簡素化された構造色合成プロセス
これまで、さまざまな研究者がさまざまな材料で構造色を再現しようと試みてきましたが、問題は小規模なサンプルしか製造されておらず、構造色のスケールを拡大すると光学的精度が低下することです。その後、マサチューセッツ工科大学機械工学科の大学院生であるベンジャミン・ミラーは、ホログラフィック技術からインスピレーションを得て、「ホログラフィック技術は、物理的な物質に 2 つの光線を重ね合わせることで 3D 画像表示を実現します。自然界で構造色を形成する. .
リップマンの乳剤と同様に、ホログラフィック材料も光を記録および反射できる感光性材料であり、偽造防止標識やパスポートのホログラフィック偽造防止フィルムで一般的に使用されています。現在、ホログラフィック素材は、数分しかかからない市販のプロジェクターを使用して着色できるほど感度が高い。
Miller のソリューションは、Lippmann のカラー写真法よりも単純です.まず、ホログラフィック フィルムを鏡や鋼板などの反射面に接着し、次にデスクトップ プロジェクターを使用してデジタル画像をその上に照射します。その結果、ホログラフィック フィルム上に形成されたナノ構造が得られます。これを取り外して、黒色のシリコン バッキングまたはファブリックに重ねると、構造化されたカラー マテリアルが作成されます。簡単に言えば、伸縮性のある弾性ホログラムが作成されます。
さまざまなアプリケーション シナリオ
スキームの効果を検証するために, 研究者は複雑な花束パターンが印刷された8x6インチの柔軟なフィルムのみを作成しました. フィルムを伸ばすと, 花束の色合いが暖かい色から冷たい色に変わります. さらに、この技術は、イチゴ、コイン、指などの表面テクスチャーを転写することもできます。フィルムの赤色は、圧力がかかると緑色または青色に変わり始め、圧力の変化に敏感に反応します。
ホログラフィック フィルムの弾力性により、この技術はファブリックと簡単に統合して、水着やボディスーツを作成できます。構造色は通常、多層微孔質構造に属し、内部の液体と気体の循環をサポートします。ウェアラブル端末に応用すれば、通気性や断熱効果も期待できる。
さらに、圧力に反応して色が変化する圧力包帯の製造にも使用できるため、医療スタッフや患者が包帯の締め付けをより適切に管理するのに役立ちます。より潜在的なアプリケーション シナリオには、触覚ロボット、ヘルメット搭載ディスプレイ、ステルスおよびカモフラージュ (軍事シナリオ)、3D イメージング、AR/VR、ウェアラブル デバイス、光学情報処理、およびその他の分野が含まれます。
興味深いことに、弾性のある構造色フィルムの特性を利用して、フィルム内の画像を隠すことも可能で、フィルムを伸ばすと、通常は見えない画像が赤くなり、肉眼で見えるようになります。したがって、これは非表示の情報を編集するために悪用される可能性もあります。
全体として、チームの技術は、詳細な構造着色材料の大規模な投影を可能にする最初のものであり、大面積のフォトニック構造を作成するためのシンプルだが非常に効率的な方法を作成します。研究者たちは、この技術がコーティングやパッケージング、ウェアラブル デバイスのゲームチェンジャーになる可能性があると述べています。参考：MIT