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La « peau » change la couleur sur demande

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Empruntant un tour à la nature, les ingénieurs d'Uc Berkeley ont créé incroyablement un mince, caméléon-comme le matériel qui peut être fait pour changer la couleur ? sur demande ? en appliquant simplement une force minutieuse

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Ce les nouvelles matériel-de-beaucoup-couleurs offre des possibilités intrigantes pour une classe entièrement nouvelle des technologies de reproduction d'image, du camouflage de couleur-décalage et des sondes qui peuvent détecter des défauts autrement imperceptibles dans les bâtiments, les ponts et des avions.

« C'est la première fois quiconque a fait un flexible caméléon-comme la peau qui peut changer la couleur simplement en la fléchissant, » a dit Connie Chang-Hasnain, un membre de l'équipe et du co-auteur de Berkeley sur un document édité aujourd'hui dans Optica, le nouveau journal à haute impression de la société optique (OSA).

En gravant à l'eau-forte avec précision les dispositifs minuscules ? plus petite qu'une longueur d'onde de lumière ? sur un film de silicium mille fois plus minces que des cheveux humains, les chercheurs pouvaient choisir la gamme de couleurs que le matériel se refléterait, selon la façon dont il a été fléchi et plié.

Un matériel qui est un cheval d'une couleur différente

Les couleurs que nous voyons typiquement en peintures, tissus et d'autres substances normales se produisent si blanches, large lumière de spectre frappe leurs surfaces. La composition chimique unique de chaque surface absorbe alors de diverses bandes, ou longueurs d'onde de lumière. Ceux qui ne sont pas absorbés sont reflétés en arrière, avec des longueurs d'onde plus courtes donnant à des objets une tonalité bleue et de plus longues longueurs d'onde semblant plus rouges et l'arc-en-ciel entier des combinaisons possibles dans l'intervalle. Le changement de la couleur d'une surface, telle que les feuilles sur les arbres en automne, exige un changement de maquillage chimique.

Récemment, les ingénieurs et les scientifiques avaient exploré une autre approche, une qui créerait des couleurs de concepteur sans utilisation des colorants et des colorants chimiques. Plutôt que commandant la composition chimique d'un matériel, il est possible de commander les dispositifs extérieurs sur le plus minuscule des balances ainsi ils agissent l'un sur l'autre et reflètent des longueurs d'onde particulières de lumière. Ce type « de couleur structurale » est beaucoup moins commun en nature, mais est employé par quelques papillons et coléoptères pour créer un affichage particulièrement iridescent de couleur.

La lumière de contrôle avec des structures plutôt que le systeme optique traditionnel n'est pas nouvelle. Dans l'astronomie, par exemple, des fentes également espacées connues sous le nom de réseaux de diffraction sont par habitude employées pour diriger la lumière et la diffusion il dans ses couleurs composantes. Les efforts de commander la couleur avec cette technique, cependant, ont prouvé impraticable parce que les pertes optiques sont simplement trop grandes.

Les auteurs de l'Optica de papier ont appliqué un principe semblable, cependant avec une conception radicalement différente, pour réaliser la commande de couleur qu'ils recherchaient. Au lieu de la coupe de fentes en film ils ont à la place gravé à l'eau-forte des rangées des arêtes sur un simple, couche mince de silicium. Plutôt qu'écartant la lumière dans un arc-en-ciel complet, cependant, ces arêtes ? ou barres ? reflétez une longueur d'onde très spécifique de lumière. « En accordant » les espaces entre les barres, il est possible de choisir la couleur spécifique pour être reflété. À la différence des fentes dans un réseau de diffraction, cependant, les barres de silicium étaient extrêmement efficaces et ont aisément reflété la fréquence de la lumière qu'elles ont été accordées à.

La flexibilité est la clef à commander

Puisque l'espacement, ou la période, des barres est la clef à commander la couleur qu'ils se reflètent, les chercheurs ont-ils réalisé qu'il serait possible de décaler subtilement la période ? et donc la couleur ? en fléchissant ou en pliant le matériel.

« Si vous avez une surface avec les structures très précises, espacées ainsi ils peuvent agir l'un sur l'autre avec une longueur d'onde spécifique de lumière, vous pouvez changer ses propriétés et comment elle agit l'un sur l'autre avec la lumière en changeant ses dimensions, » a dit Chang-Hasnain.

Des efforts plus tôt de développer un flexible, surface de décalage de couleur ont fait défaut sur un certain nombre d'avants. Les surfaces métalliques, il est facile graver à l'eau-forte que, étaient inefficaces, réfléchissant seulement une partie de la lumière qu'elles ont reçue. D'autres surfaces étaient trop épaisses, limitant leurs applications, ou trop rigide, les empêchant d'être fléchi avec la commande suffisante.

Les chercheurs de Berkeley pouvaient surmonter ces deux obstacles en formant leurs barres discordantes utilisant une couche de semi-conducteur de silicium approximativement 120 nanomètres profondément. Sa flexibilité a été donnée en enfonçant les barres de silicium dans une couche flexible de silicone. Pendant que le silicone était plié ou fléchi, la période des espacements discordants a répondu en nature.

Le matériel de semi-conducteur a également permis à l'équipe de créer une peau qui était incroyablement mince, parfaitement à plat et facile à fabriquer avec les propriétés extérieures désirées. Ceci produit les matériaux qui reflètent des couleurs précises et très pures et qui sont très efficaces, réfléchissant jusqu'à 83 pour cent de la lumière entrante.

Leur conception initiale, soumise à un changement de la période de l'de seuls 25 nanomètres, a créé les couleurs brillantes qui pourraient être décalées de vert au jaune, à l'orange et au rouge ? à travers une gamme de 39 nanomètres des longueurs d'onde. Les conceptions de futur, les chercheurs croient, pourraient couvrir un éventail de couleurs et réfléchir la lumière avec encore une plus grande efficacité.

Peau de caméléon avec des applications multiples

Pour cette démonstration, les chercheurs ont créé une couche de place d'un-centimètre de silicium de couleur-décalage. Les futurs développements seraient nécessaires pour créer assez un grand matériel pour des applications commerciales.

« La prochaine étape est de rendre ceci à plus grande échelle et il y a des équipements déjà qui pourraient faire ainsi, » a dit Chang-Hasnain. « À ce point, nous espérons pouvoir trouver des applications dans le divertissement, la sécurité et la surveillance. »

Pour des consommateurs, ce matériel de caméléon a pu être employé dans une nouvelle classe des technologies de reproduction d'image, ajoutant des présentations brillantes de couleur aux lieu de rendez-vous extérieurs de divertissement. Il peut également être possible de créer un camouflage actif sur l'extérieur des véhicules qui changeraient la couleur en meilleure allumette l'environnement environnant.

Des applications plus au jour de jour pourraient inclure les sondes qui changeraient la couleur pour indiquer que la fatigue structurale soulignait les composants critiques sur des ponts, des bâtiments ou les ailes des avions.

« C'est la première fois n'importe qui a réalisé une si large gamme de couleur sur une un-couche, légèrement et la surface flexible, » conclu Changent-Hasnain. « Je pense qu'il fait extrêmement frais. »