Новый материал даст фору любому хамелеону — под действием тока он быстро меняет свой цвет, принимая любой оттенок видимого спектра.

Настоящие природные опалы отличаются иногда удивительной игрой цветов

Новый синтетический материал, с некоторой долей натяжки, можно назвать «опалом» — минералом, который из-за своей слоистой структуры отличается большим разнообразием расцветок: в одном и том же камне могут совмещаться части с высоким и низким показателем преломления. В итоге свет разной длины волны по‑разному отражается на границе между слоями, создавая прекрасную игру красок.

Искусственный же «опал», созданный группой британских и канадских химиков во главе с Яном Маннерсом (Ian Manners), опалом в строгом смысле не является. Однако он имеет сходную слоистую структуру — и, в некотором роде, лучше настоящего опала: расстояние между слоями в нем меняются в зависимости от приложенного напряжения, что позволяет не просто менять, но и контролировать окраску.

Для получения этого материала ученые начали, нанося кремниевые структуры размерами около 280 нм в поперечнике, слой за слоем, на плоский электрод-подложку. На поверхность такого «бутерброда» наносился полимер, который, застывая, замыкал его в сферу, удерживая слои вместе. Затем сферы были смыты кислотным раствором, чтобы избавиться от заполненных воздухом пустот внутри них, и эти пустоты заполнялись жидким проводящим раствором электролита. Наконец, вся структура крепилась клейким материалом.

Получается как раз нечто вроде опала: электролит и кремниевые слои имеют разные показатели преломления. В «нормальном» состоянии их повторяющиеся слои отражают только синий свет, однако при приложении все большего напряжения расстояние между слоями меняется последовательно через разные оттенки видимого спектра вплоть до красного.

«Вся хитрость в полимере, — поясняет Ян Маннерс, — он содержит атомы железа, которое может находиться в двух валентных состояниях: +2 и +3». Соответственно, когда ток проходит через материал, электроны от железа понемногу переходят в электролит, частицы полимера приобретают слабый положительный заряд, и отрицательные ионы из раствора электролита переходят в частицы полимера, заполненные электролитом поры «стягиваются», меняя размер и, соответственно, оптические свойства всей слоистой структуры. «Чем сильнее поданный ток, тем сильнее мы окисляем железо, тем больше сжимаются поры», — говорит ученый.

Стоит сказать, что хотя для изменения окраски необходима некоторая энергия, впоследствии материал сам поддерживает то или иное состояние и, соответственно, цвет. А поскольку материал окрашивает не проходящий свет, а отраженный, он при достаточном освещении выглядит весьма ярко окрашенным, что делает его прекрасным материалом для создания электронных книг и других подобных устройств. Подробнее об электронном будущем печатных СМИ (в том числе — уверены — и нашей «Популярной Механики») можно прочесть в заметке «Интерактивная бумага».

По публикации New Scientist Tech