Заимствовав трюк у природы, инженеры создали невероятно тонкий, подобный хамелеону материал, который может изменять цвет, когда к нему прикладывают незначительное усилие. Этот новый многоцветный материал предлагает интригующие возможности для совершенно нового класса дисплейных технологий, изменяющего цвет камуфляжа, и датчиков, которые могут обнаружить дефекты в зданиях, мостах, самолетах, незаметные в ином случае.

Инженеры из Университета Калифорнии в Беркли впервые получили такой подобный хамелеону, гибкий материал.

Точно вытравив крошечные области – меньше, чем длина световой волны – на кремниевой плёнке в тысячу раз тоньше человеческого волоса, исследователи смогли выбрать цветовую гамму, которую будет отражать материал, в зависимости от того, как он был изогнут.

Цвета, которые мы обычно видим в красках, тканях и природных веществах проявляются, когда белый спектр света падает на их поверхность. Поскольку химический состав каждой поверхности уникален, то он поглощает различные полосы или длины волн света. Те, которые не поглощаются, отражаются обратно, более короткие длины волн придают объектам голубой оттенок, а более длинные – красный, также возможны самые разные комбинации между ними. Изменение цвета поверхности, например, как листья на деревьях осенью, требует изменений в химическом составе.

Недавно инженеры и ученые изучали другой подход, тот, который создаст различные цвета без использования химических красителей и пигментов. Вместо того, чтобы контролировать химический состав материала, можно контролировать особенности поверхности, в мельчайшем масштабе, чтобы они взаимодействовали и отражали конкретные длины волн света. Этот тип придания цвета гораздо менее распространен в природе, но используется некоторыми бабочками и жуками, для создания особенно радужных цветовых оттенков.

Авторы новой разработки применили аналогичный принцип для контроля цвета, хотя и с совершенно другим дизайном. В месте прорезей, вырезанных в пленке, они вытравили ряд гребней на тонком слое силикона. В итоге эти гребни отражают волны света определенной длины. Изменяя расстояния между гребнями, можно выбирать определенный цвет отражения. Ученые поняли, что можно изменять это расстояние и, следовательно, цвет, изгибая материал.

«Если у вас есть поверхность с очень точными структурами, расположенными таким образом, что они могут взаимодействовать с определенной длиной волны света, то вы можете изменить ее взаимодействие со светом, изменяя размеры,» – сказали ученые.

Более ранние попытки разработать гибкую краску показали, что металлические поверхности, которые легко травить, были неэффективны, отражали только часть света, который на них падал. Другие поверхности были слишком толстыми или слишком жесткими, не давая возможности их согнуть.

Исследователи Беркли смогли преодолеть оба эти препятствия путем формирования структурированных гребней, используя слой полупроводникового кремния толщиной около 120 нм. Ему придали гибкость путем внедрения кремния в слой силикона. Когда силикон изгибали, то расстояния между кремниевыми гребнями вели себя так же.

Полупроводниковый материал также позволил команде создать невероятно тонкую, идеально ровную и простую в изготовлении поверхность. Получилось создать материалы, которые отражают точные и очень чистые цвета и обладают высокой эффективностью, отражая до 83 % падающего света.

Дизайн разработчиков позволяет изменять период всего лишь на 25 нанометров, создавая яркие цвета, которые могут быть от зеленого до желтого, оранжевого и красного – в 39-нанометровом диапазоне длин волн. В будущем, по мнению исследователей, можно будет охватить более широкий диапазон цветов и отражать свет с еще большей эффективностью.

Для проведения эксперимента исследователи создали слой изменяющего цвет материала площадью 1 см2. В дальнейшем планируется создать материал для коммерческих приложений достаточно большой площади.

Для потребителей этот материал-«хамелеон» может быть использован в новом классе дисплейных технологий, в развлекательных заведениях. Он также может быть использован для создания активного камуфляжа на поверхности автомобилей, которые изменяют цвет для лучшего соответствия окружающей среде. Также приложения могут включать в себя датчики, которые меняют цвет при наличии дефектов в мостах, зданиях, или крыльях самолетов.

«Это первый раз, когда кто добился такого широкого спектра цвета на однослойной, тонкой и гибкой поверхности», – заключили разработчики.