Von Fischen inspiriertes Material verändert die Farbe durch Nanosäulen
Inspiriert von den blinkenden Farben der Neon-Tetrafische haben Forscher eine Technik entwickelt, um die Farbe eines Materials zu verändern, indem sie die Ausrichtung von nanostrukturierten Säulen im Material manipulieren.
Inspiriert von den blinkenden Farben der Neon-Tetrafische haben Forscher eine Technik entwickelt, um die Farbe eines Materials zu verändern, indem sie die Ausrichtung von nanostrukturierten Säulen im Material manipulieren.
Zhiren Luo, NC State University
"Neon-Tetras können ihre leuchtend bunten Streifen kontrollieren, indem sie den Winkel winziger Blutplättchen in ihrer Haut verändern", sagt Chih-Hao Chang, Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der North Carolina State University und korrespondierender Autor eines Papiers über die Arbeit.
"Für diese Proof-of-Concept-Studie haben wir ein Material erstellt, das eine ähnliche Fähigkeit aufweist", sagt Zhiren Luo, Doktorandin am NC State und Erstautorin der Arbeit. "Konkret haben wir gezeigt, dass wir die Farbe des Materials verändern können, indem wir ein Magnetfeld verwenden, um die Ausrichtung einer Reihe von Nanosäulen zu ändern."
Das farbwechselnde Material besteht aus vier Schichten. Ein Siliziumsubstrat ist mit einem Polymer beschichtet, das mit Eisenoxid-Nanopartikeln eingebettet ist. Das Polymer beinhaltet eine regelmäßige Anordnung von mikronbreiten Sockeln, so dass die Polymerschicht einem LEGO® Stein ähnelt. Die mittlere Schicht ist eine wässrige Lösung mit freischwebenden Eisenoxid-Nanopartikeln. Diese Lösung wird durch eine transparente Polymerabdeckung fixiert.
Wenn ein vertikales Magnetfeld unter dem Substrat angelegt wird, zieht es die schwebenden Nanopartikel in Säulen, die über die Podeste ausgerichtet sind. Durch die Änderung der Ausrichtung des Magnetfeldes können Forscher die Ausrichtung der Nanopartikelsäulen ändern. Durch die Änderung des Winkels der Säulen verschiebt sich die Wellenlänge des Lichts, die vom Material am stärksten reflektiert wird; in der Praxis ändert das Material seine Farbe.
"Zum Beispiel konnten wir die wahrgenommene Farbe des Materials von dunkelgrün auf neongelb ändern", sagt Luo.
"Sie können die Grundfarbe des Materials ändern, indem Sie die Anordnung der Podeste auf dem Polymersubstrat steuern", sagt Chang. "Die nächsten Schritte für uns sind die Feinabstimmung der Geometrie der Säulenarrays zur Verbesserung der Reinheit der Farben. Wir planen auch die Entwicklung von integrierten Elektromagneten, die mehr programmierbare Farbverschiebungen ermöglichen."
Die Forscher arbeiten auf das Ziel hin, Anwendungen zu entwickeln, die von reflektierenden Displays bis hin zu dynamischer Tarnung reichen.
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