ultra-fin, les films anti-rayures peuvent générer un arc-en-ciel de couleurs en utilisant des nanostructures métalliques aléatoires.
Les couleurs éclatantes des plumes de paon résultent de l'interaction physique de la lumière avec des nanostructures biologiques. Les chercheurs ont découvert comment exploiter cette astuce naturelle connue sous le nom de coloration structurelle dans une technologie d'impression à grande échelle qui produit des revêtements légers et ultra-résistants dans toutes les couleurs souhaitées.
Les chercheurs produisent régulièrement des structures photoniques pour influencer le comportement de la lumière pour des applications telles que les communications par fibre optique. De nombreux groupes ont utilisé la technologie photonique pour générer de nouvelles formes de couleurs structurelles artificielles qui tirent parti de tout le spectre de la lumière visible.
Sortir cette technologie du laboratoire est un défi, cependant, car les nanostructures photoniques sont souvent fragiles et difficiles à produire en quantités pratiques.
Andrea Fratalocchi du programme d'ingénierie électrique de l'université et ses collègues de l'université Harvard et de l'ETH Zurich ont utilisé des techniques chimiques humides pour aider à surmonter les difficultés liées à la mise à l'échelle des couleurs photoniques. Inspiré des plumes nanoporeuses de l'oiseau cotinga à gorge prune, l'approche de l'équipe a commencé par la pulvérisation d'un alliage à base de platine et d'aluminium sur une surface cible. Puis, un processus appelé désalliage dissout la majeure partie de l'aluminium et provoque la réorganisation du métal restant en un réseau bosselé comportant des nanopores ouverts.
Prochain, les chercheurs ont déposé une couche ultra-mince de saphir protecteur sur le réseau métallique pour à la fois protéger la surface et modifier la façon dont la lumière interagit avec les nanopores photoniques. Étonnamment, de légers changements de l'épaisseur du saphir de 7 à 53 nanomètres ont donné des changements de couleur remarquables - le film initialement transparent a subi des transitions progressives vers le jaune, Orange, tons rouges et bleus.
« Le contrôle de ces couleurs est expérimentalement très simple et utilise des technologies de revêtement peu coûteuses et faciles à mettre en œuvre, " dit Fratalocchi. " Cependant, comprendre comment les interactions complexes entre la lumière et la matière génèrent des couleurs a pris des mois de travail."
Les simulations de haut niveau de l'équipe ont déterminé que la génération de couleur commence lorsque la lumière frappe le métal et génère des entités ondulatoires connues sous le nom de plasmons de surface. Au fur et à mesure que les plasmons interagissent avec les pores distribués de manière aléatoire, ils sont piégés et les modulations de l'indice de réfraction du revêtement produisent des régions epsilon proches de zéro dans les nanopores où les ondes se propagent extrêmement lentement. L'ajout du film de saphir a provoqué des réflexions supplémentaires des ondes piégées, qui a créé un flux de couleur saturée grâce à des effets de résonance.
Fratalocchi a noté que la façon dont les couleurs sont formées dans cette structure peut ouvrir la voie à des nanomatériaux "programmables" pour de nombreuses applications.
"Imaginez une rayure sur une voiture qui peut être repeinte avec un matériau extrêmement fin sans autres procédures coûteuses, ou en tant que poids léger, moyen sans entretien de revêtir les avions, " a-t-il déclaré. " Cette technologie pourrait être une véritable révolution. "
