Синтетический опал мгновенно меняет цвет по желанию

Управляемый материал-хамелеон "по мотивам" строения опала создали учёные из университетов Бристоля (Bristol University) и Торонто (University of Toronto).

Как известно, опалы обязаны своей потрясающей игрой света чередованию тончайших слоёв из материалов с заметно отличным коэффициентом преломления, которые формируют наноструктуру, эффективно отражающую свет определённой частоты.

Новый материал — условно именуемый "синтетический опал" — воспроизводит ту же особенность опала природного, но с одним важным отличием: отражение лучей этим новым составом можно произвольно регулировать, прикладывая небольшое напряжение.

Построен был этот суперматериал так. Мириады кварцевых шариков диаметром 270 нанометров были высажены на плоский электрод. Сверху всё плотно закрыли полимером, удерживающим эти наносферы от смещения. Далее сферы растворили в кислоте, получив регулярно расположенные микроскопические полости в полимере. Эти полости заполнили специальным жидким электролитом и всё запечатали.

Поскольку полимер и электролит имеют разные индексы преломления, материал ведёт себя по отношению к свету, как опал. В исходном состоянии он — синий. Однако когда к электродам прикладывается напряжение, свойства материала меняются — он краснеет.

Ключ ко всему — атомы железа в полимере. Они могут находиться в одной из двух степеней окисления. Приложенное напряжение "выкачивает" электроны из полимера, окисляя железо. В электролите же появляются отрицательные ионы. При этом полимер начинает впитывать жидкость и распухает. Поры же в полимере уменьшаются, и вся система начинает отражать другие длины волн.

При этом по мере нарастания напряжения цвет структуры пробегает практически весь видимый спектр. Происходит это из-за того, что с ростом напряжения всё большее и большее число атомов железа меняет своё состояние.

Что важно: напряжение требуется только для изменения состояния материала. Оставленный в одном из промежуточных положений искусственный опал будет без затрат энергии демонстрировать тот цвет, на котором его застала "остановка". Переход между крайними состояниями у этого "хамелеона" занимает менее секунды, что открывает перспективы по построению необычных дисплеев, пригодных для каких-нибудь специфических целей. Там, где высокая скорость смены изображений не нужна, зато почти нулевое потребление тока будет приветствоваться.

В этом плане новый материал схож с электронной бумагой и электронными чернилами соответственно. Кстати, свою удивительную технологию британцы и канадцы назвали P-Ink. А чтобы открытие не пропало втуне, основали компанию Opalux, которая и займётся развитием технологии и продвижением её на рынок.

(Подробности можно найти в статье в журнале Angewandte Chemie International.)