Ученые получили все цвета радуги без красителей

В Высшей школе конвергентных наук и технологий Корейского университета и Корейском институте науки и технологий (KU-KIST) получили структурный красный цвет — последний, который ученым не давали уже долгое время.

Большинство синтетических цветов производятся с использованием пигментов — химических веществ, которые поглощают одни длины волн и отражают другие. Структурные красители задают цвет по другому принципу — они состоят из наночастиц, размер которых определяет, какие волны отражаются.

Такие конструкции не выгорают на солнце, не смываются и не стираются. Но проблема в том, что наночастицы лучше рассеивают короткие голубые волны — очень похожие на голубое небо. Этот фоновый синий смешивается с отраженным синим, и особенно трудно добиться чистых цветов в длинноволновой красной части спектра.

КУ-КИСТ нашел решение, которое описано в Трудах Национальной академии наук. Там они создали коллоидные частицы с крохотным золотым ядром диаметром всего 20 нанометров, окруженным оболочкой из оксида кремния. Золото было выбрано из-за его полезных оптических свойств — оно поглощает свет коротких волн, эффективно отфильтровывая синий цвет, прежде чем он искажает отраженный цвет.

Этот «золотой песок» был замешан в прозрачной смоле с показателем преломления, очень близким к показателю самих частиц – это еще больше уменьшило нежелательное рассеяние внутри материала. В результате получается чистый красный структурный цвет.

Материал можно наносить непосредственно на поверхности и отверждать ультрафиолетовым излучением, в результате чего образуется тонкая прочная пленка. Благодаря частицам диаметром 230 нанометров материал отражает только красные волны, создавая насыщенный красный цвет даже при ярком солнечном свете. Уменьшение размера частиц до 180 нм приводит к сдвигу цвета к зеленому, а к 160 нм дает глубокий синий цвет.

Таким образом, изменяя размер частиц, можно получить все цвета радуги – и для этого не нужны никакие пигменты.

Цвет не меняется в зависимости от угла обзора — это важное преимущество перед другими методами получения структурного цвета. Поскольку цвет возникает внутри, а не на поверхности, материал обещает быть чрезвычайно прочным.

В будущем структурные красители могут заменить традиционные. У них масса преимуществ, применение может быть очень обширным – от строительства и архитектуры до полиграфии и защиты от подделок. И стоимость не будет существенным ограничением – доля золота в структурном цвете по весу незначительна.