مرواریدها و پرهای پرندگان الهام بخش روش ساده تری برای تولید رنگ های ساختاری هستند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

رنگ ها در طبیعت همیشه توسط رنگدانه ها تولید نمی شوند. مرواریدها، پرهای پرندگان، بال‌های پروانه و عقیق‌ها رنگ‌های درخشانی را از طریق تعامل نور با ساختارهای میکروسکوپی به نمایش می‌گذارند، پدیده‌ای که به رنگ ساختاری معروف است.

با الهام از این پدیده های طبیعی، یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور شو یین در دانشگاه توهوکو، با همکاری محققان دانشگاه اوزاکا، دانشگاه ملی فناوری تایپه، دانشگاه علم و فناوری پکن و شرکت Daito Kasei Kogyo، راه ساده تری برای تولید رنگ های ساختاری زنده ایجاد کرده اند. این یافته ها در مجله Advanced Materials منتشر شده است.

مواد رنگی ساختاری معمولی اغلب به کنترل دقیق ساختارهای میکروسکوپی برای تولید رنگ‌های خاص نیاز دارند که ساخت آنها را دشوار و گران می‌کند. محققان این چالش را با ترکیب ساختار لایه‌ای مروارید با خاصیت جذب نور پر پرندگان برطرف کردند.

برخلاف روش‌های مرسوم، رویکرد جدید نیازی به ساختارهای میکروسکوپی کاملا مرتب ندارد. نور در لایه‌های نامنظم منعکس می‌شود و تداخل می‌کند، در حالی که مواد جاذب نور به زنده‌تر شدن رنگ‌های حاصل کمک می‌کنند.

برای ایجاد این مواد، محققان ابتدا یک ساختار لایه ای با استفاده از هیدرات کربنات سریم تولید کردند. این ماده لایه های نازک و نامنظمی را تشکیل می دهد که نور را به روش های مختلف منعکس می کند. همانطور که نور بین این لایه ها منعکس می شود، امواج منعکس شده بر هم اثر می گذارند و ظاهری سفید نرم و مروارید مانند ایجاد می کنند.

سپس این تیم مواد جاذب نور مانند اکسی هیدروکسید آهن (FeOOH) را به سطح اضافه کردند. این مواد طول موج‌های خاصی از نور را جذب می‌کنند و به رنگ‌های بازتاب‌شده اجازه می‌دهند با وضوح بیشتری برجسته شوند. محققان با تنظیم نوع و مقدار مواد جاذب نور، طیف گسترده ای از رنگ ها از جمله قرمز، آبی، بنفش و سبز را ایجاد کردند.

برای بهبود پایداری مواد، محققان از عملیات حرارتی برای تبدیل هیدرات کربنات سریم به اکسید سریم (CeO2) و اکسی هیدروکسید آهن به اکسید آهن (Fe2O3) استفاده کردند. حتی پس از گرم شدن، مواد ساختار لایه ای و ظاهر مرواریدی خود را حفظ کردند که می تواند آنها را برای کاربردهای عملی امیدوارتر کند.

این روش ساده‌تر برای تولید رنگ‌های ساختاری به محققان در هنگام طراحی مواد جدید انعطاف‌پذیری بیشتری می‌دهد. برای بررسی نحوه استفاده از آنها، این تیم آثار هنری و پوشش‌های رنگارنگ ایجاد کردند، مواد را به پلاستیک اضافه کردند و حتی آن‌ها را روی پوست انسان اعمال کردند تا کاربرد بالقوه آنها در لوازم آرایشی را کشف کنند.

یین می‌گوید: «پیدا کردن یک راه ساده‌تر برای ایجاد رنگ‌ها فقط آغاز کار است. "گام بعدی این است که بررسی کنیم چگونه می توانیم از آنها در زندگی روزمره استفاده کنیم. نتایج ما نشان می دهد که این مواد دارای پتانسیل برای کاربردهای مختلف هستند و ما امیدواریم که در آینده بر روی این کار ایجاد کنیم."

Zhiwei Wang و همکاران، رنگ‌های ساختاری چندبیومیمتیک با الهام از مروارید و پرهای پرنده، مواد پیشرفته (2026). DOI: 10.1002/adma.75074

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →