Connect with us

Znanost

Ekologija i okoliš

Od boje i teksture leptirovih krila do šarenih i čistih fasada zgrada

Boje leptirovih krila su neobično svijetle i lijepe, a rezultat su neobičnog fenomena jer se način na koji one odražavaju svjetlo bitno razlikuje od onoga kako to boje inače rade. Tim znanstvenika na američkom Sveučilištu u Pennsylvaniji pronašao je način stvaranja ove vrste “strukturne boje” koja ima i dodatnu korist od jednog drugog fenomena povezanog za krila leptira: njihovu superhidrofobnost – sposobnost da snažno odbijaju vodu.

Istraživački tim čine Shu Yang s Odsjeka za znanosti o materijalima i inženjerstvo na Fakultetu inženjerstva i primijenjenih znanosti te Jie Li, Guanquan Liang i Xuelian Zhu. Njihovo je istraživanje objavljeno u časopisu Advanced Functional Materials.

“Mnoga su istraživanja tijekom posljednjih 10 godina pokušala stvoriti strukturne boje poput onih u prirodi, kao što su boje leptirovih krila i opala”, kaže Yang. “Ljudi su zainteresirani i za stvaranje superhidrofobnih površina koje se nalaze u strukturama poput lotosova lista, kao i na krilima leptira jer ona ne bi mogla ostati u zraku ako bi kapi kiše prianjale na njih.”

Dvije osobine – strukturna boja i superhidrofobnost – povezane su strukturama. Strukturna boja je rezultat periodičnih uzoraka, dok je superhidrofobnost rezultat površinske hrapavosti.
Kad svjetlost udari površinu periodične rešetke, ona postaje razbacana, ometena ili razlomljena na valnoj duljini usporedivoj s veličinom rešetke, stvarajući osobito svijetle i intenzivne boje koje su mnogo jače od boje koja se dobiva od pigmenata ili bojila.

Kada voda dođe na hidrofobnu površinu, grubost te površine smanjuje učinkovito kontaktno područje između vode i čvrste podloge na kojoj se ona može zadržavati, što za posljedicu ima povećanje kontaktnog kuta vode i mobilnosti kapljica vode na takvoj površini.
Dok su pokušavali kombinirati ove osobine, istraživači su morali proći kroz složene višefazne procese, najprije da bi načinili trodimenzionalne strukture od polimera koje stvaraju boju, a koje su potom u ostalim fazama morali ohrapaviti na nano razini. Ovi sekundarni koraci, poput okupljanja nanočestica ili urezivanja pomoću plazme, moraju se provesti vrlo pažljivo kako se ne bi promijenila optička struktura nastala na trodimenzionalnoj periodičnoj rešetki u prvom koraku.

Metoda po Yangu počinje s nekonvencionalnom fotolitografskom tehnikom, holografskom litografijom, gdje laser stvara prepletenu trodimenzionalnu mrežu od materijala otpornog na svjetlo. Taj se materijal u područjima koja nisu izložena laserskoj svjetlosti kasnije uklanja otapalima, ostavljajući tako “rupe” u trodimenzionalnoj rešetki koja osigurava strukturnu boju.

Umjesto korištenja nanočestica ili urezivanja pomoću plazme, znanstvenici su mogli dodati željenu nano-hrapavost tim strukturama tako što su jednostavno mijenjali otapala nakon ispiranja premaza otpornog na svjetlo. Trik je bio u korištenju loših otapala. Što je otapalo bolje, to ono više pokušava djelovati u kontaktu s materijalom. Loša otapala imaju suprotan učinak, koji su znanstvenici koristili kao njegovu prednost na kraju faze fotolitografije.

“Dobra otapala uzrokuju da struktura nabubri”, objašnjava Yang. “Nakon što je prvi puta struktura nabubrila, stavili smo loša otapala. Budući da polimer ne podnosi loša otapala, on se drobi i smežura, oblikujući tako nanosfere unutar trodimenzionalne rešetke. Otkrili smo da korištenjem što lošijih otapala možemo napraviti to grublje strukture”, kaže Yang.

I superhidrofobnost i strukturne boje vrlo su traženi za različite aplikacije. Materijali sa strukturnom bojom mogu se koristiti kod poluvodiča, na primjer za lako vođenje, postojanost i senzore. Kao što odbijaju tekućinu, superhidrofobni premazi se sami čiste i vodootporni su. Budući da su optički uređaji vrlo ovisni o stupnju prijenosa svjetlosti, sposobnost održavanja površine takvih uređaja suhom i čistom smanjit će potrošnju energije i negativan utjecaj na okoliš bez korištenja intenzivnog rada i kemikalija. Yang je nedavno dobila sredstva za razvoj takvih premaza za solarne panele.

Istraživači imaju ideje i kako ove dvije osobine kombinirati u jednoj primjeni.
“Konkretno, mi smo zainteresirani za to da se ova vrsta materijala stavlja izvana na zgrade”, kaže Yang. “Strukturna boja koju možemo proizvesti je svijetla i vrlo dekorativna, a neće nestati kao što konvencionalne boje s pigmentacijom izblijede i nestanu. Uvođenje nano-hrapavosti ponudit će dodatne pogodnosti, kao što su energetska učinkovitost i veća zaštita okoliša.“

“To bi mogla biti i visokotehnološka fasada promatrana samo kao estetsko rješenje, ali koja uz to nudi i svojstvo da se sama čisti. Razvijamo i energetski učinkovite premaze za zgrade koji će integrirati takve materijale u optičkim senzorima.”
Ovo istraživanje je financijski podržao Ured za pomorska istraživanja američke Vojne mornarice kao i američka Nacionalna zaklada za znanost.

Kao magistar informacijske znanosti, iz profesionalnih razloga posebno prati razvoj kako gospodarskih i znanstvenih prilika u zemlji i svijetu, tako i općih kulturnih i drugih događanja poput razvoja tehnologije i njezinog utjecaja na društvo.

Ostavi komentar

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Više u Ekologija i okoliš

Popularno

Pratite nas na Fejsu

Na Vrh