Uus nutikas materjal muudab hetkega käsu peale värvust

Phys kirjutab, et tegemist on struktuursete värvidega, mis ei põhine tavapärastel värvainetel ehk pigmentidel. Neid saaks teoreetiliselt kasutada näiteks reklaaminduses, aga ka kohandatava kamuflaaži, nutikate ohutusmärkide puhul ja veel paljudel muudel otstarvetel.

Struktuurvärvide omadused põhinevad füüsiliste nanostruktuuride paigutusel. Kui valguslained neid nanostruktuure tabavad, tekib lainete vahel interferents (nähtus, kus kahe laine liitumisel saadakse uus laine, mille amplituud on suurem või väiksem). Osa laineid tühistab teisi (need neelduvad), ülejäänud peegelduvad (või hajuvad) tagasi meie silmadesse, tänu millele näeme me värvusi.

Struktuurvärvisüsteeme saab disainida sellistena, et need peegeldavad ühest ja samast värvitust materjalist tagasi mitut värvust. See erineb tavalistes värvides kasutatavatest pigmentidest, milles valgus neeldub kindlal viisil, mistõttu peegeldavad need vaid üht värvust - punased pigmendid peegeldavad punast, sinised sinist ja nii edasi.

Aastaid on soovitud muuta struktuurvärve dünaamiliseks, st et nähtavat värvust saaks muuta hetkega, korralduse peale. Kuid selle muutmine kommertslikult teostatavaks on olnud keeruline, kuna nanostruktuurid on olnud liiga keerulised toota ning puudus ka lihtne viis värvuste muutmiseks.

Olukorra lahendamiseks töötas Florida ülikooli teadlastetiim välja meetodi, mille keskmes on uus materjal, mille omadused muutuvad kuumutamisel. Nagu teadlased oma artiklis, mis ilmus teadusajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences, kirjeldavad, paigutasid nad õhukese kihi “nutikat” vanaadiumdioksiidi peegelduvale alumiiniumkihile. Kui vanaadiumdioksiidi kuumutada üle kindla temperatuuri, muutub see isolaatorist metalliks ning selle kristallstruktuur muutub. Kui valgus üksteise peal olevaid kihte tabab, peegeldub osa valgusest vanaadiumdioksiidi välispinnast tagasi, ülejäänu läbib selle ja peegeldub tagasi all olevalt alumiiniumilt. Need kaks peegeldunud valgulainet interfereeruvad omavahel.

Vanaadiumdioksiidi kiire struktuurimuutus, mis toimub tänu kuumutamisele, muudab valguse tagasi peegeldumise hetke ülemisest ja alumisest kihist, viies need omavahel sünkroonist välja. Sedasi on võimalik muuta värvust, mis tühistatakse, ning seeläbi omakorda seda, millist värvust me näeme.

Selline kihiline disain võimaldas meeskonnal lihtsalt muuta paljudel erinevate materjalide värvust ja andis neile võimsa võimaluse värvuste muutmist juhtida.

"See lähenemine tekitab erksaid, pöörduvaid värvusemuutusi nii jäikadel kui ka painduval pindadel, ilma keerukate nanotootmistehnoloogiateta,” kirjutasid teadlased oma artiklis. „Materjali kasvutingimusi kohandades saame laiendada värvipaletti ja häälestada temperatuuri, mille juures lülitumine toimub.”

Näidates meetodi rakendatavust erinevates valdkondades, demonstreeris meeskond edukalt dünaamilist värvusümberlülitust nii suurte jäikade pindade kui ka elastsete materjalide, sealhulgas tekstiilide peal.