Команда ученых-материаловедов из Гарвардского университета и университета Эксетера, Великобритания, используя идею, почерпнутую из живой природы, создала новый вид волокна, которое изменяет свой цвет при растяжении.

Несколько слоев этого волокна позволяют ему плавно менять свой цвет от синего до красного цвета в зависимости от степени растяжения, которому подвергнуты нити волокна.

Использование такого волокна позволит соткать «умную» ткань, которая изменением своего цвета будет индицировать силу приложенного к ней усилия, давления и распределение температуры.

Рис. 1.

Изучая южноамериканское тропическое растение Margaritaria nobilis, известное под названием «bastard hogberry», ученые определили строение микроскопических структур на поверхности семян этого растения, которые придают этим семенам яркий сине-зеленый цвет.

В природе такая раскраска семян этого растения служит для привлечения к ним внимания птиц, которые поедают эти семена, плавающие в воде, несмотря на всю их бесполезность с точки зрения питания. Клетки тканей оболочки семян Margaritaria nobilis создают на поверхности чередующиеся регулярные структуры своеобразной плавной формы, которые преломляют световые волны и создают очень яркие цвета, подобные тем, которые можно увидеть на поверхности мыльных пузырей.

Ученые скопировали структуру поверхности семян Margaritaria nobilis и создали многослойное волокно на основе эластичного полимерного материала, которое стало менять свой цвет в зависимости от уровня его растяжения.

Объясняется этот эффект с точки зрения физики достаточно просто. При растяжении волокна расстояние между элементами структуры поверхности увеличивается, что приводит к увеличению длины волны отражаемого света и смещению цвета самого волокна со стороны синей части спектра в сторону красной части.

Подобным образом на структуру поверхности волокна действуют и изменения температуры. За счет большого коэффициента температурного расширения полимерного материала структуры поверхности волокна меняют свои размеры, что приводит к смещению спектра отражаемого света, пусть и не очень значительному.

Рис. 2.

В будущем подобные волокна-хамелеоны могут найти применение в самых различных областях.

На их основе можно будет создавать меняющую свой цвет одежду, системы адаптивного камуфляжа для солдат и военной техники, индикаторы структурных напряжений, которые позволят держать под контролем целостность конструкций различных зданий и строений, и многое, многое другое.