Giętkie i barwne opale polimerowe

opal

Opale polimerowe. Naukowcy z University of Cambridge, UK we współpracy z Deutsches Kunststoff-Institut z Darmstadt w Niemczech pracują nad materiałami dekoracyjnymi i ochronnymi. Zmiany w strukturze zachodzące podczas rozciągania materiału powodują, że obserwujemy zmiany kolorów materiału.

Zespół kierowany przez profesora Jeremy’ego Baumberga oraz dr Davida Snoswella wyjaśniają, że technologia odpowiadająca za zmiany kolorów materiałów jest obecnie opracowywana do zastosowań komercyjnych.

Zjawisko to nazywane jest iryzacją, tęczowaniem (inaczej ubarwieniem strukturalnym. Polega ono na powstawaniu tęczowych barw w wyniku interferencji światła białego odbitego od przezroczystych lub półprzezroczystych ciał składających się z wielu warstw substancji o różnych własnościach optycznych. Występuje m.in. na powierzchni minerałów, macicy perłowej, plamach cieczy (np. benzyny), bańkach mydlanych, skrzydłach owadów, a czasem w atmosferze – na chmurach.

Naturalne opale były cenione i poszkiwane od dawna, ze wzgledu na ich jasne, nasycone kolory. Badanie na opalem wykazały, że zabarwienie zależy od budowy ich struktury wewnętrznej. Dyfrakcja poszczególnych długości światła widzialnego oraz odległości międzypłaszczyznowe powodują powstawanie bardzo czystych i intensywnych barw charakterystycznych dla opali.

Syntetyczne, kolorowe materiały konstrukcyjne są interesujące ze względu na ich intensywność barwy (mogą posiadać metaliczny połysk), zmianę koloru wraz z kątem widzenia, odporność na blaknięcie oraz niską toksyczność (mogą być wykonane z krzemionki i polimerów).

Istnieje wiele metod wytwarzania tak uporządkowanych struktur. Prawidłowe połączenie polimerowych kulek o własnościach fotonicznych, powoduje uzyskanie cienkich i giętkich warstw materiału o kontrolowanej barwie.

Typowy sposób kontrolowania kolorów to barwniki, czyli koloryzacja oparta o odbijanie światła określonej długości fali od różnych cząsteczek. Kolory strukturalne, iryzacyjne są często intensywniejsze niż barwnikowe, że względu na rozpraszanie światła w zróżnicowanych nanowarstwach.

Twardy rdzeń kulki zbudowany jest z usieciowanego polistyrenu, natomiast zewnętrzna powłoka to polietylen z akrylem. Dzieki takiemu połączeniu konsystencja materiału jest podobna jak w gumie do żucia.

Kiedy kulki są poddawane działaniu siły tnącej w podwyższonej temperaturze (około 150°C), powstaje uporządkowany, trójwymiarowy kryształ o barwie strukturalnej.

Materiały o strukturalnym kolorze podobne do gumy posiadają ciekawe właściwości. Podczas zginania, rozciągania lub skręcania polimerowych opali obserwujemy efektowne zmiany koloru. Odkształcania zmieniają odległości między rdzeniami cząstek, a tym samym wpływają na barwę strukturalną. Są to zmiany odwracalne, dzięki czemu mogą zostać przywrócone kolory początkowe. Kolor można kontrolować również przez rozmiar nanocząstek.

Technologia może zostać wykorzystana w przemyśle włókienniczym. „… 17 do 20% ścieków przemysłowych pochodzi z przemysłu włókienniczego, który wykorzystuje toksyczne substancje chemiczne do produkcji barwników. Opale polimerowe mogą być przyłączone do warstwy poliuretanowej i użyte w każdej tkaninie. Materiał może być cięty, laminowany, szyty, trawiony, tłoczony i perforowany” – powiedział profesor Baumberg z Cambridge. Technologia może stanowić tańszą alternatywę do produkcji hologramów na niektórych banknotach.

Naukowcy niedawno opracowali nową metodę otrzymywania materiału, który oferuje zlokalizowaną kontrolę i różne kolory w tym samym materiale, tworząc struktury tylko na określonych obszarach.

Zródło:
[1] http://www.cam.ac.uk/research/news/flexible-opals | 29.07.2013
[2] http://www.colours.phy.cam.ac.uk/synthetic-opals/ | 29.07.2013
[3] Opal by Yagan Kiely, flickr.com, CC BY-SA 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *