Опал-хамелеон светится всеми цветами радуги

Совместными усилиями британских и канадских ученых создан новый синтетический материал, который может менять свой цвет на манер хамелеона. Для работы этой способности достаточно подвести к нему небольшой ток, от напряжения которого зависит цвет.

Полученный материал очень похож на опал — минерал, который имеет различные оттенки благодаря разнообразию его строения. Образующие его слои имеют различный индекс рефракции. В слоях с большим индексом свет замедляется, с низким — проходит свободно. Как результат, свет с длиной волны, равной расстоянию между определенными слоями, проходит сквозь опал и заставляет его сиять выбранным цветом.

Ученые позаимствовали идею слоеной структуры и усовершенствовали за счет использования современных материалов. Полученный искусственный минерал умеет изменять расстояние между слоями, и, следовательно, меняется излучаемый им цвет.

Создание нового материала выглядит следующим образом. На плоский электрод помещаются кремневые шарики диаметром 270 нанометров. Полученная конструкция заливается слоем полимера, удерживающего шарики на месте. На следующем этапе шарики растворяются кислотой так, чтобы в полимере образовались "воздушные карманы". Полученные пустоты заливаются жидким электролитом, и искусственный опал готов.

Результат очень похож на природный опал. Полимер и электролит имеют различные индексы рефракции, а их слоеный дуэт вырабатывает только синие фотоны. Поэтому в невозбужденном состоянии камень имеет чистый синий окрас. Но достаточно подвести к нему электрический ток, и цвет изменится на красный, пройдя через весь цветовой спектр видимый человеческим глазом.

"Полимер играет важнейшую роль в конструкции, — рассказывает Йен Мэннерс из Бристольского университета (США), — Содержащиеся в нем атомы железа могут пребывать в двух окислительных состояниях".

Проходя через электрод, ток выбивает из полимера электроны и заставляет железо окисляться. На полимере скапливается положительный заряд, и отрицательные ионы из электролита устремляются туда. Окисленное железо позволяет полимеру поглотить электролит. Оставшиеся после электролита "воздушные карманы" частично затягиваются, и образуется конечный продукт — материал, содержащий зоны с разными индексами рефракции, то есть искусственный аналог природного опала.

"Чем больше напряжение подаваемого тока, тем сильнее окисления в опале, и тем ближе его цвет приближается к красному, — объясняет Мэннерс. Его коллега Андрэ Арсено добавляет. — Мы уже создали материал, свечение которого может проходить весь видимый спектр — от синего до красного — менее чем за одну секунду".

Хотя для придания материалу определенного цвета требуется электрический ток, он может сохранять свое состояние без подпитки бесконечно долго. Это и тот факт, что материал не выглядит блекло под солнечными лучами, подтолкнуло ученых на создание полноцветной электронной бумаги из "искусственного опала". В настоящее время команда исследователей работает над прототипом электрического принтера, способного быстро "печатать" на таком носителе.