日本神戶大學(xué)開發(fā)了一種新方法，可產(chǎn)生永不褪色的結(jié)構(gòu)色，且不受限于視角，還能被打印出來(lái)。這種材料對(duì)環(huán)境和生物的影響很小，而且可以薄涂，有望顯著改善傳統(tǒng)涂料的重量。研究論文發(fā)表在30日《美國(guó)化學(xué)會(huì)應(yīng)用納米材料》雜志上。
當(dāng)光從平行的納米結(jié)構(gòu)反射時(shí)，結(jié)構(gòu)色就會(huì)出現(xiàn)。比如蝴蝶翅膀或孔雀羽毛的顏色就來(lái)自結(jié)構(gòu)色，其優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)隨著時(shí)間的流逝而褪色，也不會(huì)隨觀察角度改變而改變。生活中最常見的結(jié)構(gòu)色例子可能是光盤：從不同角度看一張光盤，能看到不同的顏色。這種隨觀察角度改變而變化的顏色叫虹彩色。從工業(yè)角度來(lái)看，排列整齊的納米結(jié)構(gòu)不容易上色或打印，并且顏色取決于視角，這使得材料呈現(xiàn)虹彩色。
日本神戶大學(xué)材料工程師一直在開發(fā)一種產(chǎn)生顏色的全新方法。在前期工作中，他們實(shí)現(xiàn)了精確的粒徑控制并開發(fā)了球形和晶體硅納米粒子的膠體懸浮液。這些單一的硅納米顆粒通過(guò)米氏共振現(xiàn)象以明亮的顏色散射光線，這使工程師們能夠開發(fā)結(jié)構(gòu)色墨水。
在米氏共振中，大小與光波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)那蛐瘟Ｗ訉?duì)特定波長(zhǎng)的反射特別強(qiáng)烈。這意味著，只需改變顆粒的大小，就可以控制顏色。
新方法產(chǎn)生的顏色不是由鄰近結(jié)構(gòu)反射的光相互作用產(chǎn)生的，而是由它在單個(gè)硅納米球周圍的高效散射產(chǎn)生的。
研究人員表示，單層稀疏分布的硅納米粒子厚度只有100—200納米，顏色鮮艷，每平方米的重量不到0.5克。這使其成為世界上最輕薄的彩色涂層之一。
他們使用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)探索不同情況下墨水的特性。結(jié)果表明，盡管納米球覆蓋的表面很小，但反射率很高，這是由于其具有非常大的散射效率。這意味著，著色只需極少量的硅晶體。
經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的開發(fā)和完善，研究人員期待著他們的技術(shù)有更多有趣的應(yīng)用。例如，飛機(jī)涂層的顏料有幾百公斤重，如果使用基于納米球的墨水，或許能夠?qū)⒅亓拷档偷皆瓉?lái)的10%以下。
