Od ptasich piór po skórki owoców, świat przyrody ma dwa główne sposoby wyświetlania koloru: poprzez substancje pigmentowe, które zapewniają selektywną absorpcję koloru, lub poprzez kolor strukturalny – wykorzystanie mikroskopijnych struktur do kontrolowania odbicia światła.
Naukowcy opracowali model komputerowy, który wyjaśnia, dlaczego najjaśniejsze matowe kolory strukturalne w przyrodzie są prawie zawsze niebieskie i zielone: ponieważ są to granice kolorów strukturalnych w widzialnym spektrum światła.
Besides dając nam lepsze zrozumienie, jak najjaśniejsze błękity i zielenie są tworzone w świecie przyrody, badania mogą być również ważne dla rozwoju żywe, przyjazne dla środowiska farby i powłoki, które nie będą blaknąć w czasie lub uwolnienia toksycznych chemikaliów.
„Oprócz intensywności i odporności na blaknięcie, matowe farby wykorzystujące kolory strukturalne byłyby również o wiele bardziej przyjazne dla środowiska, ponieważ nie byłyby potrzebne toksyczne barwniki i pigmenty” – mówi fizyk Gianni Jacucci z Uniwersytetu Cambridge w Wielkiej Brytanii.
„Jednak najpierw musimy zrozumieć, jakie są ograniczenia w odtwarzaniu tego typu kolorów, zanim możliwe będą jakiekolwiek zastosowania komercyjne.”
W przypadku kolorów strukturalnych, nanoskalowy szkielet na powierzchni jest tym, co dyktuje rzeczywisty kolor.
Czasami – jak na przykład na pawich piórach – kolor ten może być opalizujący i przesuwać się między odcieniami pod różnymi kątami i przy różnym oświetleniu. Są one produkowane przez uporządkowane struktury krystaliczne.
W przypadku innych struktur, można uzyskać matowy kolor, który nie zmienia się wynikający z nieuporządkowanych struktur; w naturze zaobserwowano to tylko w produkcji niebieskich i zielonych odcieni. Istotą nowego badania było sprawdzenie, czy jest to nieodłączne ograniczenie wspomnianych struktur.
Nowy model komputerowy, oparty na sztucznych materiałach zwanych szkłami fotonicznymi, pokazuje, że czerwień jest rzeczywiście poza zakresem technik rozpraszania stojących za matowymi kolorami strukturalnymi: region widma widzialnego o dużej długości fali nie może być łatwo odbity przy użyciu technik tych mikroskopijnych struktur powierzchniowych.
„Ze względu na złożoną grę pomiędzy pojedynczym rozpraszaniem i wielokrotnym rozpraszaniem, a także wkładem ze skorelowanego rozpraszania, odkryliśmy, że oprócz czerwieni, żółty i pomarańczowy również trudno osiągnąć”, mówi chemik Silvia Vignolini, z Uniwersytetu w Cambridge.
To musi być dlaczego jasne matowe czerwienie są produkowane przy użyciu pigmentów w przyrodzie, a nie koloru strukturalnego. Zespół uważa, że ewolucja w przyrodzie doprowadziła do różnych sposobów wytwarzania czerwonych kolorów, ze względu na ograniczenia podstawowych struktur.
Wiedząc więcej o tym, jak te matowe kolory strukturalne są tworzone przybliży nas do produkcji farb wolnych od pigmentów i barwników- znaczący krok naprzód w długotrwałych, przyjaznych dla środowiska materiałach do wielu zastosowań.
To wciąż daleka droga i wygląda na to, że inne podejście będzie potrzebne dla czerwieni i pomarańczy – inne rodzaje nanostruktur mogą być w stanie wykonać tę pracę, po przeprowadzeniu bardziej szczegółowych badań, ale na razie naukowcy zajmujący się materiałami mają te same problemy, co świat przyrody.
„Kiedy próbowaliśmy sztucznie odtworzyć matowy kolor strukturalny dla czerwieni lub pomarańczy, otrzymywaliśmy wynik niskiej jakości, zarówno pod względem nasycenia, jak i czystości koloru”, mówi chemik Lukas Schertel z Uniwersytetu w Cambridge.
Badania zostały opublikowane w PNAS.
.