Você nunca vê um pavão desbotado. As penas brilhantes, iridescentes, verdes e azuis não descoram ao sol ou descoloram com o tempo. Isso porque a cor vem da estrutura, não do pigmento; as próprias penas são marrons, e são as minúsculas formas que fazem com que os comprimentos de onda da luz interfiram um no outro, produzindo as cores que você vê.
O fenômeno tem sido estudado por centenas de anos, mas na última década, os cientistas começaram a construir esse tipo de colorização em estruturas feitas pelo homem, exemplificado por um artigo publicado hoje na revista Science Advances . Xiaolong Zhu e uma equipe da Universidade de Tecnologia da Dinamarca desenvolveram um método que usa lasers para construir nanoestruturas a partir do germânio, que refletem comprimentos de onda de cores específicas e podem ser usadas para construir imagens coloridas duráveis.
"A coisa mais importante é que fazemos impressão a laser de alta resolução de muitas cores com um filme muito fino de material de germânio", diz Zhu.
Ele chama isso de impressão a laser, embora os fundamentos da cor estrutural apresentem uma série de colunas microscópicas em uma superfície, e não o que consideramos uma impressora a laser normal. O tamanho e a forma dessas colunas correspondem ao comprimento de onda da luz visível de tal forma que apenas certos comprimentos de onda podem escapar dos canais. Entre os materiais feitos pelo homem, esse substrato é um metal ou um semicondutor. Neste caso, Zhu e sua equipe colocaram o germânio sobre pilares de plástico, tornando-se os primeiros a construir tais estruturas de um semicondutor sem metal misturado.
Isso conferiu uma vantagem particular: um laser de alta potência, sintonizado na frequência correta, pode derreter seletivamente o germânio. O ponto de partida é uma película fina de germânio, esticada sobre uma superfície plástica fina e flexível, com colunas circulares microscópicas que se estendem para cima. Quando os pesquisadores atingem as colunas com o laser, eles se fundem de um círculo em uma esfera, o que muda a cor que o material aparece de vermelho para azul. Como os pilares têm apenas 100 nanômetros de largura, o processo pode fornecer até ou além de 100.000 dpi, o que está em torno da resolução máxima teoricamente possível para as impressoras a laser tradicionais.
Melhor ainda, o grau de fusão também é controlável, significando que uma meia esfera, ou uma esfera parcial, pode mostrar uma cor em qualquer lugar no espectro visual entre os dois extremos.
“O que eles estão realmente resolvendo aqui é um problema chave de engenharia que tem que ser resolvido para certas aplicações em cores estruturais, e é assim que você pode criar um sistema onde você pode escrever um padrão como diferentes cores estruturais em diferentes pontos. Vinothan Manoharan, professor de física em Harvard, cujo laboratório estuda um meio diferente de fazer cores estruturais com base na auto-montagem de nanopartículas.
A coloração estrutural imprimível como estas é desejável pela sua durabilidade. Como o pavão, eles não vão desaparecer ou lixívia.
"Não vai desaparecer por um longo tempo", diz Zhu. “Essa é a vantagem desse tipo de tecnologia. A tinta dos pigmentos irá desaparecer com o tempo, especialmente para uso externo. ”
Um laser imprimiu 127.000 pontos por polegada nesta imagem da Mona Lisa. (Universidade Técnica da Dinamarca) Embora esse método exija um material encabeçado por um semicondutor (e não um particularmente barato, embora a equipe esteja trabalhando para substituir o germânio pelo silício mais facilmente disponível), Zhu diz que a camada de semicondutor é tão fina - 35 nanômetros - que imprimi-lo torna-se viável para muitas aplicações. Ele menciona a segurança e o armazenamento de informações primeiro, porque a alta resolução e a alta densidade de informações permitida pela codificação em cores se prestam a elas.
Um DVD pode vir com um padrão de segurança, diz ele. Ou, se as colunas circulares forem substituídas por caixas quadradas, a luz se polariza de um modo particular. As informações podem ser armazenadas, mas apenas recuperadas quando sob a luz polarizada corretamente. Isso pode se transformar em marcas d'água ou "tinta" para proteção contra falsificação em moedas.
Não procure nada nas prateleiras em breve. Zhu e sua equipe ainda estão tentando resolver um problema complicado, mas importante: como produzir luz verde. O verde está no meio do espectro, o que significa que eles terão que desenvolver estruturas para absorver a luz azul e vermelha. Atualmente, eles estão desenvolvendo nanoestruturas mais complicadas para isso, diz Zhu.
“Eles terão que resolver alguns outros problemas para alcançar os aplicativos que eles queriam alcançar”, diz Manoharan. “Este é um grande campo agora. Há muito trabalho neste espaço. Existe uma ampla gama de aplicações para cores estruturais, e essa é a razão pela qual há tantas técnicas diferentes. Para este aplicativo, minha opinião pessoal é que é realmente bom para tintas de segurança. "
