Американські вчені створили матеріал зі структурним забарвленням, здатний змінювати свій колір під дією тепла від сонячного випромінювання практично без зміни свого розміру, що зазвичай характерно для матеріалів такого типу. Він складається з полімерної матриці, несприйнятливої до невеликого нагрівання, а також включень, що значно зменшуються при нагріванні і завдяки цьому змінюють свої оптичні властивості, розповідають автори статті в.
Більшість предметів мають власний колір завдяки наявності певних пігментів, але крім цього існує також структурне забарвлення. Вона обумовлена наявністю в предметі фотонних кристалів, що мають повторювану структуру з мінливими оптичними властивостями, в якій період можна порівняти з довжинами хвиль видимого світла. Існують безліч живих істот, що застосовують структурне забарвлення, а також види, що вміють змінювати розподіл елементів в фарбуванні для зміни свого кольору, наприклад, хамелеони, риби блакитні неони та інші.
Вчені займаються створенням матеріалів зі змінною структурною фарбою, що змінюється під дією зовнішніх стимулів подібним чином. Оскільки властивості фотонних кристалів безпосередньо залежать від періоду їх будови, механізм зміни кольору в структурно-пофарбованих матеріалах, як правило, полягає в зміні цього періоду завдяки нагріванню або іншому впливу. Однак цей механізм має недолік, пов'язаний з тим, що розмір матеріалу сильно змінюється, що не завжди зручно.
Вчені під керівництвом Халіда Салаїта (Khalid Salaita) з Університету Еморі створили матеріал зі змінюваним структурним забарвленням, позбавлений цього недоліку. Він складається з прозорої матриці та кольорових квадратних включень. Матриця складається з тетраполіетиленгліколю і невеликого об'єму прошаркових наночастинок алюмосилікатів. Ця матриця при нагріванні практично не змінює свій розмір.
Всередині матриці розташовуються квадратні включення з гідрогелю на основі полі-N-ізопропілакриламіду (pNIPAM). Він відомий своїми незвичайними властивостями: при нагріванні до 32 градусів цельсія він перестає проявляти гідрофільні властивості, вивільняє поглинену воду і завдяки цьому різко зменшується в розмірі. Цей фазовий перехід звернемо і початкові властивості повертаються після охолодження.
Сам по собі цей гідрогель не є фотонним кристалом, тому вчені додали в нього сферичні наночастинки діаметром близько 200 нанометрів. Вони складаються з двох частин: ядра з оксиду заліза Fe3O4 і оболонки з оксиду кремнію SiO2. Ядро з ферромагнітного матеріалу дозволило при полімеризації гідрогелю організувати наночастинки в періодичну структуру і тим самим створити фотонний кристал із заданими властивостями.
Вчені перевірили властивості отриманого матеріалу, змінюючи його температуру з 20 до 40 або 45 градусів Цельсія і назад за допомогою нагрівача або сонячного світла. Головний висновок експериментів полягає в тому, що матриця з поліетиленгліколю дійсно компенсувала деформації включень з pNIPAM, як і припускали автори. Вимірювання кольору показали, що пікова довжина хвилі поглинання змінюється приблизно на 50 нанометрів, що можна помітити неозброєним поглядом.
Нещодавно інша група хіміків використовувала полімер pNIPAM для створення матеріалу зі змінюваним кольором на основі крапель води. Вони створили золоті наночастинки, вкриті шаром цього полімеру, і розмістили їх у вигляді зважі в мікрокаплях води, які в свою чергу розташовуються в олії. При нагріванні частинки починають злипатися, завдяки чому оптичні властивості всього середовища змінюються.