Автор: Сергей Малыхин. Химия полна красочных реакций и превращений – этим она произвела неизгладимое впечатление на многих людей. Кто-то увлекается и посвящает ей дальнейшую жизнь, кто-то думает о возможной пользе. Разноцветные растворы это скорее из области химии комплексных соединений, а что насчёт наночастиц? Чем могут они удивить, какое у них внешнее великолепие? Знакомьтесь – структурный цвет!

Структурный цвет создаётся не за счёт индивидуальных свойств вещества, как то происходит у пигментов. Пигменты состоят из молекул, поглощающих определенную часть спектра, соответственно отраженные лучи имеют цвет. Другое дело окраска создаваемая структурой. Размеры структур должны быть меньше световой длины волны, что для видимой области составляет диапазон 200–600 нанометров. В этом случае, как говорит физика, свет при взаимодействии с материалом проявляет волновые свойства. Наноструктуры формуют отраженную световую волну, вырезая и приглушая какие то одни волны (цвета) и оставляя другие.

К слову, Нобелевская премия 1908 года была присуждена физику Габриэлю Липпману «За создание метода фотографического воспроизведения цветов на основе явления интерференции». Липпман упоминал, что в его методе цвет действительно возникает вследствие интерференции в фотопластинке без участия каких-либо красителей: он смочил эмульсию, желатин разбух и расстояния между пятнами на интерференционной картине изменились, цвета исчезли. Но стоило желатину подсохнуть, как интерференционные картины восстановились, а изображение вновь обрело цвет.

В своем изобретении Липпман использовал светочувствительный гель, образующий при облучении наночастицы серебра из его солей. Интерференция падающей и отраженной световых волн создает пучности (области с максимальной интенсивностью светового поля), в свою очередь в них больше образуется наночастиц серебра, не пропускающих свет. Так формируется световой оттиск, фотография. После того, как процесс закончится, при освещении изображение вернёт те самые краски, что были зафиксированы.

Да, вот это настоящий True Color, а не эти ваши 24 бита цвета точно такие, как и были в жизни. Подумайте вот о чем: чистый фиолетовый цвет имеет длину волны 405 нм. Пиксели в мониторе – красный, зеленый и голубой светят волнами длиннее, чем 460 нм (голубой цвет). Как же мы видим фиолетовый в экране? Кто знает, скажет – это иллюзия восприятия (метамерия), её изучили и давно используют, так что все в порядке. Фиолетовый на экране – фиолетовый. Или не совсем? Попробуйте решить сами, источники фиолетового света вполне доступны.

Фотография методом Липпмана

Еще одна особенность наночастиц, помимо структур с размерами сопоставимыми с длиной волны видимого света – плазмонный резонанс. Если частица – проводник, то она и антенна, камертон резонирующий на определенной длине волны. Если частицы рассеивают одни волны хорошо, а другие – не очень, то опять же, возникает цвет. Об этом явлении уже был пост – Мета-материалы: оптические иллюзии структурного цвета и далее я расскажу о том, как можно это явление наблюдать в сравнительно простых условиях. Однако сначала поговорим о рассеянии света.