Ingenieure am MIT und an der Penn State University haben eine Methode entwickelt, mit der gewöhnliche klare Wassertropfen ohne Verwendung von Tinten oder Farbstoffen schöne, lebendige Farben erzeugen können. Der Effekt wird durch die Verwendung eines feinen Nebels transparenter Tröpfchen erzielt, die mit einem einzigen beleuchtet werdenLampe.
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Strukturfarbe
Sie verdanken diese schillernden Farbtöne etwas, das als „Strukturfarbe“ bezeichnet wird. Der Begriff bezieht sich auf die Schaffung von Farbe durch mikroskopisch strukturierte Oberflächen, die fein genug sind, um sichtbares Licht zu stören.
Jetzt glauben sie, dass dieser Effekt anstelle von oft schädlichen synthetischen Farbstoffen verwendet werden könnte. Sie haben sogar ein Modell erstellt, um die resultierenden Farben vorherzusagen.
„Synthetische Farbstoffe, die in Konsumgütern zur Erzeugung heller Farben verwendet werden, sind möglicherweise nicht so gesund wie sie sein sollten“, sagt Mathias Kolle, Assistenzprofessor für Maschinenbau am MIT.
„Da einige dieser Farbstoffe stärker reguliert sind, fragen sich Unternehmen, ob wir Strukturfarben verwenden können, um potenziell ungesunde Farbstoffe zu ersetzen. Dank der sorgfältigen Beobachtungen von Amy Goodling und Lauren Zarzar im Penn State und der Modellierung von Sara, die dies gebracht hatWirkung und seine physikalische Erklärung für das Licht könnte es eine Antwort geben. ”
Das neuartige Modell berücksichtigt alles, einschließlich der strukturellen Bedingungen der Tröpfchen und ihrer Brechungsindizes. Die Forscher haben die Vorhersagen des Modells bereits in mehreren Experimenten getestet.
Modell testen
Zuerst erstellten sie Tröpfchenemulsionen mit kontrollierten Größen. Dieser Test ergab, was die Forscher als „Teppich“ von Tröpfchen genau derselben Größe in einer Petrischale bezeichnen. Anschließend beleuchteten sie ihn mit einem einzigen weißen Licht und zeichneten die Tröpfchen mit aufeine Kamera.
Als sich die Kamera drehte, konnten die Forscher beobachten, wie sich der Winkel, unter dem Licht in das Tröpfchen eintritt, auf ihre Farbe auswirkt. Das Team testete dann Tröpfchen verschiedener Größen. Beeindruckenderweise erwiesen sich die Vorhersagen des Modells in all diesen Szenarien als richtig.
Sie versuchten weiter, die Bedeutung der Krümmung in einem Tröpfchen zu testen. Um dies zu erreichen, verwendeten sie Wasserkondensation auf einem transparenten Film, der mit einer wasserabweisenden Lösung behandelt wurde. Sie fanden ein ebenso schönes Farbmuster, das vom Modell vorhergesagt wurde, dass fastsah elefantenförmig aus.
Schließlich testeten die Forscher ihr Modell an 3D-gedruckten festen Kappen und Kuppeln aus verschiedenen transparenten Materialien auf Polymerbasis. Das Modell war erneut genau bei der Vorhersage der resultierenden Farbmuster.
„Es gibt einen komplexen Parameterraum, mit dem Sie spielen können“, sagt Kolle. „Sie können die Größe, Morphologie und Beobachtungsbedingungen eines Tropfens anpassen, um die gewünschte Farbe zu erstellen.“
Die Forscher glauben, dass das Modell verwendet werden kann, um Tröpfchen für viele Farbwechselanwendungen zu entwerfen, die von Lackmustests bis hin zu Farbwechselfarben im Make-up reichen. Das Modell würde als effizienter Entwurfsleitfaden für all diese Optionen dienen.