Forscher haben ein neues Material entwickelt, das seine Farbe ändern kann, wenn es Licht ausgesetzt wird, wie die Haut eines Chamäleons, und neue technologische Möglichkeiten für adaptive Tarnung und dynamische Großanzeigen eröffnet.
Forscher schaffen künstliche Chamäleonhaut
Forscher an der Universität von Cambridge entwickelt haben ein neues Material, das wie die Haut von Chamäleons wirkt und bei Lichteinwirkung seine Farbe ändert und die Tür zu einigen innovativen Anwendungen in Technologien wie adaptiver Tarnung und dynamischen Großanzeigen öffnet.
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Das Material verwendet winzige Goldpartikel, die mit Polymer beschichtet und in Wassertropfen in Öl suspendiert sind. Diese Woche berichtet in a Papier veröffentlicht im Tagebuch Erweiterte optische Materialien Die Forscher sagten, wenn das neue Material Hitze oder Licht ausgesetzt wird, bündeln sich diese Wassertropfen und ändern die Farbe des Materials basierend auf der Intensität des Lichts oder als Reaktion auf den Grad der Temperaturänderung.
Der Mechanismus ist dem von Chamäleons, Tintenfischen oder anderen Tierarten nicht unähnlich, die Farbwechsel zur Verteidigung verwenden. Diese Tiere verwenden sogenannte Chromatophore Hautzellen, die aus Fasern bestehen, die sich zusammenziehen können, um die Pigmente in der Haut zu verschieben. Wenn sie ausgebreitet sind, werden die Hautfarben vollständig angezeigt. Wenn sie sich zusammenziehen, können sie mit nahegelegenen Pigmenten kombiniert werden, um anders auszusehenFarbe oder kann, wenn sie vollständig zusammengezogen ist, die Zelle sogar vollständig transparent machen.
Das neue Material der Cambridge-Forscher erzielt einen ähnlichen Effekt unter Verwendung der polymerbeschichteten Goldfasern, wobei sich die Wassertropfen wie die Hautzellen eines Chamäleons verhalten.
Wenn die Forscher die Temperatur des oben genannten Materials erhöhen 32 Grad Celsius Die Polymer-Nanopartikel speichern beim Kollabieren elastische Energie, stoßen das zurückgehaltene Wasser aus und verklumpen. Beim Abkühlen absorbieren die Nanopartikel stattdessen Wasser und breiten sich von den anderen aus. Dieser Vorgang kann in Sekundenbruchteilen ablaufen.
„Durch Laden der Nanopartikel in die Mikrotröpfchen können wir die Form und Größe der Cluster steuern, was zu dramatischen Farbänderungen führt“, sagte Dr. Andrew Salmon vom Cavendish Laboratory in Cambridge und Co-Erstautor des Papiers.
Die Farbe der Nanopartikel hängt von der Geometrie ab, die sie annehmen, wenn sie zusammenklumpen. Wenn sie auseinander verteilt sind, erscheinen sie rot, wenn sie zusammengeklumpt sind, sehen sie dunkelblauer aus. Die Wassertropfen können die Partikel auch zusammenpressen.Dadurch erscheinen sie transparent, wenn sie sich gegenseitig beschatten.
Bisher konnten die Forscher nur eine einzige Schicht des Materials herstellen, sodass jeweils nur eine Farbe vorhanden sein kann. Durch die Verwendung mehrerer Schichten und unterschiedlicher Nanopartikelgeometrien konnten jedoch unterschiedliche Farben erzeugt werden, wodurch das Ergebnis erzielt wurdeMaterial viel dynamischer wie die biologischen Mechanismen, die es inspiriert haben.
Die Forscher fanden auch heraus, dass die Nanopartikel, wenn das Material unterschiedlichen Lichtintensitäten ausgesetzt wird, dazu gebracht werden können, entlang einer Oberfläche zu „schwimmen“, was - wenn es kontrolliert wird - die Farbe des Materials durch Ändern der Geometrie von verändern könntedie Nanopartikel.
„Diese Arbeit ist ein großer Fortschritt bei der Verwendung von Nanoskalentechnologie für die Biomimikry“, sagte Sean Cormier, Co-Autor des Papiers. „Wir arbeiten jetzt daran, dies auf Roll-to-Roll-Filmen zu replizieren, damit wir sie herstellen könnenMeter strukturierte Blätter. Mit strukturiertem Licht planen wir auch, das durch Licht ausgelöste Schwimmen zu nutzen, um Tröpfchen zu „hüten“. Es wird wirklich aufregend sein zu sehen, welche kollektiven Verhaltensweisen erzeugt werden. “