Fra fuglefjer til frugtskind har naturen to hovedmetoder til at vise farver: gennem pigmentstoffer, der giver selektiv farveabsorption, eller gennem strukturel farve – brugen af mikroskopiske strukturer til at kontrollere lysets refleksion.
Nu har forskere udtænkt en computermodel, der forklarer, hvorfor de klareste matte strukturelle farver i naturen næsten altid er blå og grønne: fordi det er grænserne for strukturel farve inden for det synlige lysspektrum.
Ud over at give os en bedre forståelse af, hvordan de klareste blå og grønne farver skabes i naturen, kan forskningen også være vigtig for udviklingen af levende, miljøvenlige malinger og belægninger, der ikke falmer med tiden eller frigiver giftige kemikalier.
“Ud over deres intensitet og modstandsdygtighed over for falmning ville en mat maling, der anvender strukturelle farver, også være langt mere miljøvenlig, da giftige farvestoffer og pigmenter ikke ville være nødvendige,” siger fysiker Gianni Jacucci fra University of Cambridge i Storbritannien.
“Vi skal dog først forstå, hvilke begrænsninger der er for at genskabe disse typer farver, før det er muligt at anvende dem kommercielt.”
Med strukturel farve er det nanoskala-rammen på overfladen, der dikterer selve farven.
I nogle tilfælde – som f.eks. på påfuglefjer – kan denne farve være iriserende og skifte mellem farvenuancer i forskellige vinkler og under forskellige lysforhold. Disse farver fremkommer ved ordnede krystallinske strukturer.
Med andre strukturer får man en mat farve, der ikke ændrer sig, og som opstår af uordnede strukturer; i naturen er dette kun blevet observeret ved fremstilling af blå og grønne nuancer. Den nye undersøgelse gik ud på at se, om dette var en iboende begrænsning i de nævnte strukturer.
Den nye computermodel, der er baseret på kunstige materialer kaldet fotoniske glas, viser, at rødt faktisk er uden for rækkevidden af de spredningsmetoder, der ligger bag de matte strukturelle farver: det langbølgelange område af det synlige spektrum kan ikke let reflekteres ved hjælp af teknikkerne i disse mikroskopiske overfladestrukturer.
“På grund af det komplekse samspil mellem enkeltspredning og multipelspredning og bidrag fra korreleret spredning fandt vi ud af, at ud over rødt kan gul og orange også næppe nås”, siger kemiker Silvia Vignolini fra University of Cambridge.
Det må være derfor, at lyse matte røde farver fremstilles ved hjælp af pigmenter i naturen, snarere end strukturelle farver. Holdet mener, at evolutionen i naturen førte til forskellige måder at producere røde farver på, fordi de underliggende strukturer er begrænsede.
Ved mere viden om, hvordan disse matte strukturelle farver skabes, vil vi komme tættere på at kunne fremstille maling uden pigmenter og farvestoffer – et vigtigt skridt fremad i forhold til langtidsholdbare, miljøvenlige materialer til mange anvendelsesområder.
Det er dog stadig et stykke vej endnu, og det ser ud til, at der skal en anden tilgang til rød og orange til – andre former for nanostrukturer vil måske kunne klare opgaven, efter at der er foretaget mere detaljeret forskning i dem, men indtil videre har materialeforskerne de samme problemer som naturen.
“Når vi har forsøgt kunstigt at genskabe matte strukturelle farver for røde eller orange, ender vi med et resultat af dårlig kvalitet, både hvad angår mætning og farvernes renhed”, siger kemiker Lukas Schertel fra University of Cambridge.
Forskningen er blevet offentliggjort i PNAS.
Forskningen er offentliggjort i PNAS.