Colori reticolati

Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato un principio innovativo per produrre rivestimenti di diversi colori per i metalli. I colori sono creati sulla base di una speciale struttura fine del materiale di rivestimento su scala nanometrica. A differenza di altri colori strutturati esistenti (vedi riquadro), il nuovo principio di produzione può essere applicato molto facilmente su ampie superfici. Inoltre, i colori sono estremamente intensi e il materiale è estremamente resistente ai graffi.

Il materiale utilizzato è un materiale di design a due strati. Lo strato inferiore è una rete metallica inframmezzata da minuscole cavità. ? costituito da una lega di platino, ittrio e alluminio. I ricercatori hanno creato le cavità con un semplice processo di incisione. Gli scienziati hanno sponsorizzato uno strato di ossido molto sottile su questa "rete di nano-spugna".

Il colore dipende dallo spessore dello strato

? interessante notare che l'impressione cromatica risultante dipende dallo spessore dello strato di ossido di alluminio: uno strato di 12 nanometri rende il materiale verdastro, uno strato di 24 nanometri giallo, uno strato di 28 nanometri arancione, uno strato di 48 nanometri blu e uno strato di 53 nanometri viola.

"Il colore è creato dall'interazione della luce ambientale con i due strati di materiale e in particolare con lo strato limite disordinato tra i due materiali", spiega il fisico Henning Galinski. "Galinski è il primo autore dello studio attuale e lavora nei laboratori del professor Ralph Spolenak dell'ETH e di Federico Capasso, professore dell'Università di Harvard. Il gruppo di Andrea Fratalocchi, professore alla King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Arabia Saudita, ha contribuito alla spiegazione teorica del principio funzionale con ampie simulazioni al computer.

Struttura caotica della rete

I colori strutturali precedenti hanno di solito una struttura che si ripete periodicamente e che determina l'impressione del colore. Questo ha lo svantaggio che anche i più piccoli difetti cambiano massicciamente le proprietà ottiche.

Le reti sviluppate da Galinski e dai suoi colleghi, invece, non seguono un ordine chiaro: sebbene le cavità della rete abbiano dimensioni simili, non sono esattamente della stessa grandezza. Le proprietà fisiche sono determinate dalla dimensione media della cavità, ma non dalla dimensione di ogni singola cavità.

"Il nostro approccio si basa sul disordine, non sulla produzione precisa di milioni di subunità ripetute. Il nostro approccio è quindi estremamente tollerante ai guasti", afferma Galinski. "Inoltre, il nostro processo di incisione e rivestimento può essere utilizzato su grandi aree, anche su superfici di diversi metri quadrati". Le precedenti vernici strutturate erano solitamente limitate a una scala più piccola a causa della loro produzione complessa e costosa.

I materiali di rete colorati si trovano anche in natura. Per esempio, il Sud America ospita specie di uccelli in cui le reti di cheratina sono responsabili della colorazione del piumaggio. "Tuttavia, siamo i primi a dimostrare che tali materiali di rete possono essere applicati tecnicamente come colori strutturali e quindi controllare l'impressione cromatica", afferma Galinski.

Banconote e aerei

I nuovi colori testurizzati potrebbero essere utilizzati, ad esempio, per caratteristiche di sicurezza molto sottili sulle banconote o per colorare le carrozzerie di veicoli o aerei, nonché per rivestimenti mimetici nel settore militare. "Tuttavia, consideriamo il nostro sistema anche come una piattaforma sulla base della quale sono possibili numerosi altri sviluppi", afferma Galinski.

Il nuovo metamateriale - come gli scienziati chiamano i materiali prodotti artificialmente con proprietà ottiche, elettriche o magnetiche non presenti in natura - è interessante anche per i sistemi energetici come le celle solari a film sottile. "Abbiamo sviluppato un materiale estremamente sottile in cui la luce è concentrata e perfettamente assorbita in singoli punti", spiega Galinski. Ciò consente di sviluppare una trappola estremamente efficiente per la raccolta della luce. La concentrazione della luce è anche largamente indipendente dall'angolo di incidenza della luce, il che è un altro punto a favore per l'uso nelle celle solari.