A madártollaktól a gyümölcsök héjáig a természetben a színek megjelenítésének két fő módja van: a szelektív színelnyelést biztosító pigmentanyagok, vagy a szerkezeti színek – a mikroszkopikus struktúrák használata a fényvisszaverődés szabályozására.
Most a tudósok kidolgoztak egy számítógépes modellt, amely megmagyarázza, miért a legvilágosabb matt szerkezeti színek a természetben szinte mindig a kék és a zöld: mert ezek a szerkezeti színek határai a látható fényspektrumon belül.
Amellett, hogy jobban megérthetjük, hogyan jönnek létre a legvilágosabb kék és zöld színek a természetben, a kutatás fontos lehet az élénk, környezetbarát festékek és bevonatok kifejlesztéséhez is, amelyek nem fakulnak ki idővel, és nem bocsátanak ki mérgező vegyi anyagokat.
“Az intenzitás és a fakulással szembeni ellenállás mellett a strukturális színeket használó matt festékek sokkal környezetbarátabbak is lennének, mivel nem lenne szükség mérgező festékekre és pigmentekre” – mondja Gianni Jacucci fizikus, az Egyesült Királyságbeli Cambridge-i Egyetem munkatársa.
“Először azonban meg kell értenünk, hogy milyen korlátok közé ütközik az ilyen típusú színek újraalkotása, mielőtt bármilyen kereskedelmi alkalmazás lehetséges lenne.”
A szerkezeti színek esetében a felületen lévő nanoszintű vázszerkezet az, ami magát a tényleges színt diktálja.
Néha – mint például a pávatollakon – ez a szín irizáló lehet, és különböző szögekben és különböző fényviszonyok mellett változik a színárnyalatok között. Ezeket rendezett kristályszerkezetek hozzák létre.
Más szerkezeteknél a rendezetlen szerkezetekből eredő, nem változó matt színt kapunk; a természetben ezt csak a kék és a zöld árnyalatok előállításánál figyelték meg. Az új tanulmány arra irányult, hogy kiderüljön, vajon ez az említett struktúrák eredendő korlátja-e.
A fotonikus üvegeknek nevezett mesterséges anyagokon alapuló új számítógépes modell azt mutatja, hogy a vörös valóban kívül esik a matt szerkezeti színek mögött álló szórási technikák hatókörén: a látható spektrum hosszú hullámhosszú tartományát nem lehet könnyen visszaverni az ilyen mikroszkopikus felületi struktúrák technikájával.
“Az egyszeres és a többszörös szórás, valamint a korrelált szórásból származó hozzájárulások összetett kölcsönhatása miatt azt találtuk, hogy a vörös mellett a sárga és a narancssárga is nehezen érhető el” – mondja Silvia Vignolini kémikus, a Cambridge-i Egyetem munkatársa.”
Ez lehet az oka annak, hogy a természetben az élénk matt vöröseket pigmentek segítségével állítják elő, nem pedig strukturális színekkel. A csapat úgy gondolja, hogy a természetben az evolúció a vörös színek előállításának különböző módjaihoz vezetett, a mögöttes struktúrák korlátai miatt.
Azzal, hogy többet tudunk arról, hogyan jönnek létre ezek a matt szerkezeti színek, közelebb kerülhetünk a pigmentektől és festékektől mentes festékek előállításához – ez jelentős előrelépés a hosszú élettartamú, környezetbarát, számos alkalmazásban használható anyagok terén.
Ez azonban még messze van, és úgy tűnik, hogy a vörös és narancssárga színekhez más megközelítésre lesz szükség – másfajta nanoszerkezetek is képesek lehetnek a feladatra, miután részletesebb kutatásokat végeztek rajtuk, de egyelőre az anyagtudósok ugyanazokkal a problémákkal küzdenek, mint a természetben.
“Amikor megpróbáltuk mesterségesen újraalkotni a vörösek vagy narancsok matt szerkezeti színét, a végén rossz minőségű eredményt kaptunk, mind a telítettség, mind a színtisztaság tekintetében” – mondja Lukas Schertel vegyész, a Cambridge-i Egyetem munkatársa.
A kutatás a PNAS című folyóiratban jelent meg.