_ Oamenii de știință dezvoltă culori reglabile filme pentru afișaje și senzori

Cercetătorii de la Institutul Indian de Știință (IISc) au dezvoltat filme flexibile care prezintă culori strălucitoare pur în virtutea structurii lor fizice, fără a fi nevoie de niciun pigment. Când sunt întinse, filmele prezintă o schimbare a culorii ca răspuns la deformarea mecanică.

Pentru a proiecta aceste filme, echipa a conceput o nouă tehnică eficientă din punct de vedere al costurilor și scalabilă într-un singur pas care implică evaporarea metalului galiu pentru formează particule de dimensiuni nanometrice pe un substrat flexibil. Metoda lor permite fabricarea simultană a mai multor culori structurale care răspund la stimulii mecanici.

Echipa a arătat, de asemenea, cum aceste filme pot fi utilizate pentru o varietate de aplicații, de la bandaje inteligente și senzori de mișcare până la afișaje reflectorizante.

„Este prima dată când un metal lichid precum galiul a fost folosit pentru fotonică”, spune Tapajyoti Das Gupta, profesor asistent la Departamentul de Instrumentare și Fizică Aplicată (IAP) și autor corespondent al studiului publicat în Nature Nanotechnology.

Unele obiecte naturale, cum ar fi pietrele prețioase, scoici de moluște sau pene de păun, sunt în mod inerent colorate. Culorile lor apar din interacțiunea luminii cu micro- sau nano-structuri aranjate periodic, cum ar fi sfere minuscule de silice în opal, trombocite pe bază de carbonat de calciu în cochilii de moluște și panglici segmentate deasupra structurilor cilindrice din pene de păun.

Echipa IISc a început să experimenteze cu galiu, care nu a fost explorat pentru astfel de aplicații, deoarece suprafața sa înaltă. tensiunea împiedică formarea nanoparticulelor. Galiul este un metal lichid la temperatura camerei și s-a demonstrat că nanoparticulele sale au interacțiuni puternice cu radiația electromagnetică.

Procesul dezvoltat de echipă realizează isprava de a depăși bariera tensiunii superficiale pentru a crea nanoparticule de galiu, prin utilizarea inteligentă a proprietăților unui substrat numit polidimetilsiloxan (PDMS), un polimer biocompatibil.

Când substratul a fost întins, cercetătorii au observat ceva neobișnuit. Materialul a început să prezinte culori diferite în funcție de tulpină. Cercetătorii au teoretizat că gama de nanoparticule de galiu depuse interacționează cu lumina în moduri specifice pentru a genera culorile.

Pentru a înțelege rolul substratului în generarea culorii, echipa a dezvoltat un model matematic.

PDMS este un polimer realizat prin amestecarea a două componente asemănătoare lichidelor - un oligomer și un agent de reticulare - care reacționează unul cu celălalt pentru a forma un polimer solid. Ceea ce au descoperit cercetătorii este că porțiunea nereacționată a oligomerului, care este încă în stare lichidă, a jucat un rol crucial în stabilizarea formării nanoparticulelor de galiu pe substrat.

Când acest substrat este apoi întins, oligomerii asemănători lichidului se infiltrează în golurile dintre nanoparticule, modificând dimensiunea golului și interacțiunea lor cu lumina, ducând la schimbarea observată a colorării. Experimentele efectuate în laborator au confirmat predicțiile modelului. Prin reglarea raportului dintre conținutul de oligomer și agentul de reticulare, cercetătorii au obținut o gamă de culori.

„Arătăm că substratul PDMS nu numai că menține structura, ci joacă și un rol activ în determinarea structura nanoparticulelor de galiu și colorarea rezultată”, spune Renu Raman Sahu, Ph.D. student la IAP și autor principal. Chiar și după 80.000 de cicluri de întindere, materialul a reușit să prezinte o schimbare repetabilă a culorii, indicând fiabilitatea acestuia.

Tehnicile convenționale, cum ar fi litografia, utilizate pentru fabricarea unor astfel de materiale implică mulți pași și sunt costisitoare de extindere. Pentru a evita acest lucru, echipa a conceput o tehnică de depunere fizică în stare de vapori într-o singură etapă pentru a evapora metalul de galiu lichid și a-l depune pe substratul PDMS. Acest lucru le-a permis să fabrice filme flexibile, colorate structural, care măsoară aproximativ jumătate din dimensiunea unei palme.

Există diverse aplicații posibile pentru astfel de filme. Echipa a demonstrat o astfel de aplicație: un senzor de mișcare a corpului. O fâșie de film, atunci când este atașată de deget, și-a schimbat culoarea atunci când degetul a fost îndoit, ajutând la simțirea mișcării în timp real.

Sahu spune: „În viitor, aceste materiale ar putea fi folosite pentru energie. aplicații de recoltare, de asemenea.”

(Fluierul)