С чернилами и красками человечество знакомо давно. И весь этот период существовала проблема - добиться желаемого цвета, его яркости, красочности, других оттеночных характеристик, а также стабильности. Столетиями люди искали вещества и составы для разных красок, причем проблема была не только в самом веществе, но и в их смешивании. Вещества не должны реагировать друг с другом и растворяться в основе, иначе при смешивании голубого и желтого внезапно может получиться какой-нибудь коричневый. Кроме того, зачастую желаемый цвет получается из довольно небезопасных соединений. Например, популярным веществом для получения яркого и насыщенного красного цвета является минерал киноварь - сульфид ртути. А насыщенные синие, зелёные и жёлтые цвета получают из красок на основе кобальта и хрома, тоже не самых безопасных для человека элементов.
Ситуация отчасти изменилась с появлением органических пигментов. Да и по мере развития химии были открыты новые безопасные и стабильные соединения для красок и чернил, но и они не были лишены недостатков. Основной из них - сложность и труднодоступность соединений для красок, а у органических - стабильность под воздействием ультрафиолета.
Природа цвета - достаточно интересная область. Мы не будем сейчас вдаваться в подробности восприятия цвета, сосредоточимся на его появлении. Вещество отражает свет некоторой, довольно узкой, части спектра видимого излучения, и делает оно это посредством электронной оболочки атомов. И молекул. Кстати да, у молекул тоже может быть общая для всей структуры электронная оболочка, которая может обладать весьма уникальными свойствами. Электронные оболочки сложных органических молекул как раз и открыли целую область органических красителей. Однако, сложные электронные оболочки могут быть не только у молекул. Можно сделать очень маленькие частички вещества, всего в несколько единиц или десятка атомов, и у таких частичек также образуются электронные оболочки, в которые за счёт такого размера начинают проявляться квантовые свойства, в том числе способность отражать свет определённой длины волны или части спектра. Например, наночастицы золота, в зависимости от размера, могут иметь самые разные цвета, от голубого до красного. Это называется структурным цветом, который определяется структурами наноразмерного масштаба. Но делать краску из золота - это как-то слишком, правда?
Инженеры-материаловеды Университета Кобе Фуджи Минору и Сугимото Хироши разработали совершенно новый подход к производству цветов. Они использовали сферические наночастицы кремния размером около 100 нанометров, которые рассеивают свет в яркие цвета за счет явления «резонанса Ми». При резонансе Ми сферические частицы, размер которых сравним с длиной волны света, особенно сильно отражают волны определенной длины. Это означает, что цвет, который в основном исходит от суспензии наночастиц, можно контролировать, изменяя их размер.
Новый метод позволяет создавать цвета, которые не ухудшаются со временем, не зависят от угла обзора и могут быть легко напечатаны. Исследователи считают, что их разработка может найти применение в различных областях, включая производство одежды, косметики, упаковочных материалов и даже в оптических системах.
Источник:
Монослой Ми-резонансных кремниевых наносфер для структурного окрашивания (Monolayer of Mie-Resonant Silicon Nanospheres for Structural Coloration), ACS Applied Nano Materials (2024). DOI: 10.1021/acsanm.3c04689
-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!
