Od ptačího peří po slupky ovoce má příroda dva hlavní způsoby zobrazení barev: prostřednictvím pigmentových látek, které zajišťují selektivní absorpci barev, nebo prostřednictvím strukturálních barev – využití mikroskopických struktur k řízení odrazu světla.
Nyní vědci navrhli počítačový model, který vysvětluje, proč jsou nejjasnější matné strukturní barvy v přírodě téměř vždy modré a zelené: protože to jsou hranice strukturní barvy v rámci viditelného spektra světla.
Kromě toho, že nám tento výzkum umožní lépe pochopit, jak v přírodě vznikají nejjasnější modré a zelené barvy, může být také důležitý pro vývoj zářivých, ekologických barev a nátěrů, které časem nevyblednou a neuvolňují toxické chemikálie.
„Kromě jejich intenzity a odolnosti vůči blednutí by matné barvy, které využívají strukturní barvy, byly také mnohem šetrnější k životnímu prostředí, protože by nebylo zapotřebí toxických barviv a pigmentů,“ říká fyzik Gianni Jacucci z University of Cambridge ve Velké Británii.
„Nejprve však musíme pochopit, jaká jsou omezení pro znovuvytvoření těchto typů barev, než bude možné jakékoli komerční využití.“
Při strukturální barvě je samotná barva dána nanorozměrovým rámcem na povrchu.
Někdy – jako například u pavích per – může být tato barva duhová a pod různými úhly a v různém světle přecházet mezi barevnými odstíny. Ty vznikají díky uspořádaným krystalickým strukturám.
U jiných struktur získáte matnou barvu, která se nemění a vzniká z neuspořádaných struktur; v přírodě byla pozorována pouze při tvorbě modrých a zelených odstínů. Smyslem nové studie bylo zjistit, zda se jedná o přirozené omezení zmíněných struktur.
Nový počítačový model, založený na umělých materiálech zvaných fotonická skla, ukazuje, že červená barva je skutečně mimo dosah rozptylových technik, které stojí za matnými strukturními barvami: dlouhovlnnou oblast viditelného spektra nelze snadno odrazit technikami těchto mikroskopických povrchových struktur.
„Kvůli složité souhře mezi jednoduchým a vícenásobným rozptylem a příspěvkům od korelovaného rozptylu jsme zjistili, že kromě červené lze jen stěží dosáhnout také žluté a oranžové,“ říká chemička Silvia Vignolini z Univerzity v Cambridge.
Jistě proto se v přírodě vytvářejí zářivé matné červené barvy pomocí pigmentů, nikoliv strukturních barev. Tým se domnívá, že evoluce v přírodě vedla k různým způsobům výroby červených barev, a to kvůli omezením základních struktur.
Poznat více o tom, jak tyto matné strukturní barvy vznikají, nás přiblíží k výrobě barev bez pigmentů a barviv – což je významný krok vpřed v oblasti dlouhotrvajících a ekologických materiálů pro mnoho aplikací.
To je však ještě daleko a zdá se, že pro červené a oranžové barvy bude zapotřebí jiný přístup – jiné druhy nanostruktur by mohly být schopny plnit svou úlohu, až bude proveden jejich podrobnější výzkum, ale zatím mají materiáloví vědci stejné problémy jako v přírodě.
„Když jsme se pokoušeli uměle obnovit matnou strukturní barvu červených nebo pomerančů, skončili jsme s nekvalitním výsledkem, a to jak z hlediska sytosti, tak čistoty barvy,“ říká chemik Lukas Schertel z univerzity v Cambridge.
Výzkum byl publikován v časopise PNAS.
.