Zlaté nanočástice přinášejí převrat: Vytvářejí zářivé barvy bez barviv, které neblednou

Vědci z KU-KIST v Soulu, pod vedením Yuwona Jeona, vyvinuli novou metodu pro výrobu zářivých a stabilních barev bez použití chemických barviv. Jejich přístup překonává dlouhodobé omezení takzvaných strukturálních barev, které dosud nedokázaly efektivně produkovat sytou červenou.

Vědci z KU-KIST v Soulu, pod vedením Yuwona Jeona, vyvinuli novou metodu pro výrobu zářivých a stabilních barev bez použití chemických barviv. Jejich přístup překonává dlouhodobé omezení takzvaných strukturálních barev, které dosud nedokázaly efektivně produkovat sytou červenou. Výzkum byl publikován v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.

Většina syntetických barev je založena na pigmentech, což jsou chemické látky, které absorbují určité vlnové délky světla a jiné odrážejí. Strukturální barva se naopak vytváří fyzickým uspořádáním drobných nanostruktur v materiálu, které určují, jaké vlnové délky světla se odrazí. Koloidní fotonická skla využívají tento princip tím, že suspendují nanočástice ve volně uspořádané struktuře. Když světlo dopadne na materiál, mezery mezi částicemi způsobují silnější rozptyl určitých vlnových délek, čímž vzniká barva bez jakéhokoli barviva.

Na rozdíl od chemických pigmentů tyto struktury nemohou být vyblednuty slunečním zářením a neuvolňují se do vody. Problémem však bylo, že částice této velikosti silněji rozptylují kratší, modřejší vlnové délky – efekt podobný tomu, proč se obloha jeví modrá. Toto modré pozadí se mísilo s odraženým světlem, což ztěžovalo dosažení zářivých barev s delšími, červenějšími vlnovými délkami. Tým Yuwona Jeona tento problém vyřešil. Vytvořili koloidní nanočástice s drobným zlatým jádrem o průměru pouhých 20 nanometrů, obklopeným křemičitou skořápkou. Zlato bylo vybráno pro svou schopnost absorbovat světlo kratších vlnových délek, čímž účinně filtruje modré pozadí dříve, než může kontaminovat odraženou barvu.

Tým suspendoval tyto částice se zlatým jádrem a křemičitou skořápkou v průhledné pryskyřici, která byla pečlivě vybrána tak, aby měla téměř stejný index lomu jako samotné částice. To dále snižuje nežádoucí rozptyl uvnitř materiálu. Společně tyto dva efekty potlačují únik modrého světla, který trápil dřívější fotonická skla. Díky tomu mohla čistě vyniknout přirozená barva struktury, určená rozestupy mezi nanočásticemi. Materiál lze nanášet přímo na povrchy a vytvrdit pod ultrafialovým světlem, čímž se vytvoří tenký a odolný film. S částicemi o velikosti 230 nanometrů odráží pouze červené vlnové délky, což vytváří sytou červenou barvu i na přímém slunci. Zmenšení částic na přibližně 180 nanometrů posune barvu na zelenou, zatímco další zmenšení na 160 nanometrů vede k sytě modré.

Klíčové je, že barva se nemění s úhlem pohledu, což je významná výhoda oproti jiným přístupům ke strukturálním barvám. Jelikož barva vzniká uvnitř struktury materiálu, nikoli z povrchového povlaku, tým očekává, že bude vysoce odolná. Výsledky týmu stanovují jasnější pravidla pro návrh strukturálních barev ve fotonických sklech a naznačují slibnou cestu k barvám se strukturální barvou, které jsou skutečně konkurenceschopné s konvenčními pigmenty. Jelikož zlato tvoří jen nepatrný zlomek hmotnosti materiálu, vědci jsou přesvědčeni, že jeho cena nebude překážkou, a již nyní zkoumají levnější alternativy. Pokud se jejich přístup podaří replikovat v průmyslovém měřítku, Yuwon Jeon a jeho kolegové doufají, že by mohl být uplatněn v oblastech od dlouhotrvajících architektonických nátěrů až po materiály proti padělání.