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La “piel” cambia color a pedido

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¿Pidiendo prestado un truco de la naturaleza, los ingenieros de Uc Berkeley han creado un increíblemente fino, camaleón-como el material que se puede hacer para cambiar color? ¿a pedido? simplemente aplicando una fuerza minuciosa

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Este los nuevos material-de-mucho-colores ofrecen las posibilidades intrigantes enteramente de una nueva clase de tecnologías de reproducción de imágenes, de camuflaje del color-desplazamiento y de sensores que puedan detectar defectos de otra manera imperceptibles en edificios, puentes y aviones.

“Éste es cualquiera ha hecho la primera vez un flexible camaleón-como la piel que puede cambiar color simplemente doblándolo,” dijo Connie Chang-Hasnain, miembro del equipo y del co-autor de Berkeley en un papel publicado hoy en Optica, el nuevo diario de alto impacto de la sociedad óptica (OSA).

¿Exacto grabando al agua fuerte características minúsculas? ¿más pequeña que una longitud de onda de la luz? sobre una película del silicio mil veces más finas que un pelo humano, los investigadores podían seleccionar la gama de colores que el material reflejaría, dependiendo de cómo fue doblado y doblado.

Un material que es un caballo de un diverso color

Los colores que vemos típicamente en pinturas, telas y otras sustancias naturales ocurren cuando son blancas, luz amplia del espectro pegan sus superficies. La composición química única de cada superficie entonces absorbe varias vendas, o longitudes de onda de la luz. Los que no se absorben se reflejan detrás, con longitudes de onda más cortas que dan a objetos una tonalidad azul y longitudes de onda más largas apareciendo más rojas y el arco iris entero de combinaciones posibles mientras tanto. El cambio del color de una superficie, tal como las hojas en los árboles en otoño, requiere un cambio en maquillaje químico.

Recientemente, los ingenieros y los científicos han estado explorando otro acercamiento, uno que crearía colores del diseñador sin el uso de tintes y de pigmentos químicos. Algo que controlando la composición química de un material, es posible controlar las características superficiales en el más minúsculo de escalas así que obran recíprocamente y reflejan longitudes de onda particulares de la luz. Este tipo de “color estructural” es mucho menos común en naturaleza, pero es utilizado por algunas mariposas y escarabajos para crear una exhibición particularmente iridiscente del color.

La luz que controla con las estructuras algo que la óptica tradicional no es nueva. En astronomía, por ejemplo, las rajas uniformemente espaciadas conocidas como redes difractoras se utilizan rutinario para dirigir la luz y la extensión él en sus colores componentes. Esfuerzos para controlar color con esta técnica, sin embargo, han probado impráctico porque las pérdidas ópticas son simplemente demasiado grandes.

Los autores del Optica de papel aplicaron un principio similar, aunque con un diseño radicalmente diverso, para alcanzar el control del color que buscaban. En lugar de corte de las rajas en una película en lugar de otro grabaron al agua fuerte filas de los cantos sobre un solo, capa delgada del silicio. ¿Algo que separando la luz en un arco iris completo, sin embargo, estos cantos? ¿o barras? refleje una longitud de onda muy específica de la luz. “Templando” los espacios entre las barras, es posible seleccionar el color específico para ser reflejado. Desemejante de las rajas en una reja de la difracción, sin embargo, las barras del silicio eran extremadamente eficientes y reflejaron fácilmente la frecuencia de la luz que fueron templadas a.

La flexibilidad es la llave a controlar

¿Puesto que el espaciamiento, o el período, de las barras es la llave a controlar el color que reflejan, los investigadores realizaron que sería posible cambiar de puesto sutil el período? ¿y por lo tanto el color? doblando o doblando el material.

“Si usted tiene una superficie con las estructuras muy exactas, espaciadas así que pueden obrar recíprocamente con una longitud de onda específica de la luz, usted puede cambiar sus características y cómo obra recíprocamente con la luz cambiando sus dimensiones,” dijo Chang-Hasnain.

Esfuerzos anteriores para desarrollar un flexible, superficie del desplazamiento del color faltaron en un número de frentes. Las superficies metálicas, que son fáciles de grabar al agua fuerte, eran ineficaces, reflejando solamente una porción de la luz que recibieron. Otras superficies eran demasiado gruesas, limitando sus usos, o demasiado rígido, evitando que sean doblados con suficiente control.

Los investigadores de Berkeley podían superar ambos estos cañizos formando sus barras de rejilla usando una capa del semiconductor de silicio aproximadamente 120 nanómetros densamente. Su flexibilidad fue impartida encajando las barras del silicio en una capa flexible de silicón. Mientras que el silicón estuvo doblado o doblado, el período de los espaciamientos de rejilla respondió en clase.

El material del semiconductor también permitió que el equipo creara una piel que era increíblemente fina, perfectamente completamente y fácil fabricar con las características superficiales deseadas. Esto produce los materiales que reflejan colores exactos y muy puros y que son muy eficientes, reflejando el hasta 83 por ciento de la luz entrante.

¿Su diseño inicial, sujetado a un cambio en el período de 25 nanómetros meros, creó los colores brillantes que se podrían cambiar de puesto de verde al amarillo, a la naranja y al rojo? a través de una gama de 39 nanómetros de longitudes de onda. Los diseños del futuro, los investigadores creen, podrían cubrir una gama más amplia de colores y reflejar la luz con incluso mayor eficacia.

Piel del camaleón con usos múltiples

Para esta demostración, los investigadores crearon una capa del cuadrado del uno-centímetro de silicio del color-desplazamiento. Los progresos futuros serían necesarios crear bastante un grande material para los usos comerciales.

“El paso siguiente es hacer esto a mayor escala y hay las instalaciones que podrían hacer así pues,” dijo ya Chang-Hasnain. “En ese punto, esperamos poder encontrar usos en la hospitalidad, la seguridad y la supervisión.”

Para los consumidores, este material del camaleón se podía utilizar en una nueva clase de tecnologías de reproducción de imágenes, agregando presentaciones brillantes del color a los lugares al aire libre de la hospitalidad. También puede ser posible crear un camuflaje activo en el exterior de los vehículos que cambiarían color a un mejor fósforo el ambiente circundante.

Usos más cotidianos podrían incluir los sensores que cambiarían color para indicar que la fatiga estructural tensionaba componentes críticos en los puentes, los edificios o las alas de aeroplanos.

“Éste es cualquier persona ha alcanzado la primera vez una gama tan amplia de color en una uno-capa, delgadamente y la superficie flexible,” concluido Cambia-Hasnain. “Pienso que es extremadamente fresca.”