Dalle piume degli uccelli alle bucce della frutta, il mondo naturale ha due modi principali di mostrare il colore: attraverso sostanze pigmentate che forniscono un assorbimento selettivo del colore, o attraverso il colore strutturale – l’uso di strutture microscopiche per controllare la riflessione della luce.
Ora gli scienziati hanno ideato un modello al computer che spiega perché i colori strutturali opachi più brillanti in natura sono quasi sempre blu e verde: perché questi sono i limiti del colore strutturale all’interno dello spettro visibile della luce.
Oltre a darci una migliore comprensione di come i blu e i verdi più brillanti sono creati nel mondo naturale, la ricerca potrebbe anche essere importante per sviluppare vernici e rivestimenti vibranti ed ecologici che non sbiadiscono nel tempo o rilasciano sostanze chimiche tossiche.
“Oltre alla loro intensità e resistenza allo sbiadimento, una vernice opaca che utilizza il colore strutturale sarebbe anche molto più ecologica, in quanto non sarebbero necessari coloranti e pigmenti tossici”, dice il fisico Gianni Jacucci dell’Università di Cambridge nel Regno Unito.
“Tuttavia, dobbiamo prima capire quali sono i limiti per ricreare questi tipi di colori prima che qualsiasi applicazione commerciale sia possibile.”
Con il colore strutturale, la struttura su nanoscala sulla superficie è ciò che detta il colore vero e proprio.
A volte – come nelle piume di pavone, per esempio – quel colore può essere iridescente, e passare da una tonalità di colore all’altra ad angoli diversi e sotto luci diverse. Questi sono prodotti da strutture cristalline ordinate.
Con altre strutture, si ottiene un colore opaco che non cambia derivante da strutture disordinate; in natura questo è stato osservato solo nel produrre tinte blu e verdi. La spinta del nuovo studio era di vedere se questa fosse una limitazione intrinseca di dette strutture.
Il nuovo modello al computer, basato su materiali artificiali chiamati vetri fotonici, mostra che il rosso è effettivamente fuori dalla portata delle tecniche di scattering dietro i colori strutturali opachi: la regione a lunga lunghezza d’onda dello spettro visibile non può essere facilmente riflessa usando le tecniche di queste strutture di superficie microscopiche.
“A causa della complessa interazione tra scattering singolo e multiplo, e dei contributi dello scattering correlato, abbiamo scoperto che oltre al rosso, anche il giallo e l’arancione sono difficilmente raggiungibili”, dice la chimica Silvia Vignolini, dell’Università di Cambridge.
Questo deve essere il motivo per cui i rossi opachi brillanti sono prodotti usando pigmenti in natura, piuttosto che il colore strutturale. Il team pensa che l’evoluzione in natura abbia portato a diversi modi di produrre i colori rossi, a causa dei limiti delle strutture sottostanti.
Sapere di più su come questi colori strutturali opachi sono creati ci porterà più vicini a produrre vernici prive di pigmenti e coloranti – un significativo passo avanti nei materiali di lunga durata ed ecologici per molte applicazioni.
Questo è ancora lontano però, e sembra che un approccio diverso sia necessario per i rossi e gli arancioni – altri tipi di nanostrutture potrebbero essere in grado di fare il lavoro, dopo una ricerca più dettagliata, ma per ora gli scienziati dei materiali stanno avendo gli stessi problemi del mondo naturale.
“Quando abbiamo cercato di ricreare artificialmente un colore strutturale opaco per i rossi o gli arancioni, finiamo con un risultato di scarsa qualità, sia in termini di saturazione che di purezza del colore”, dice il chimico Lukas Schertel, dell’Università di Cambridge.
La ricerca è stata pubblicata su PNAS.