由鳥羽毛開發的新型多彩涂層

材料人注：薄薄的防刮膜可以使用隨機的金屬納米結構產生彩虹般的顏色。日前，沙特阿拉伯國王阿卜杜拉科技大學（KAUST）的Andrea Fratalocchi與來自美國哈佛大學和瑞士蘇黎世聯邦理工學院的同事們由梅喉傘鳥的納米多孔羽毛受到啟發，開發出一種大規模的印刷技術，可以生產任何所需顏色的輕質和超耐磨涂層。這種結構產生顏色的方式，為“可編程”納米材料的許多應用開辟了道路。

孔雀羽毛的耀眼色彩來自光與生物納米結構的物理相互作用。 在Light：Science＆Applications的一篇新發表的論文中，研究人員稱，利用這種稱為結構著色的發現，開發出了一種大規模的印刷技術，可以生產任何所需顏色的輕質和超耐磨涂層。

科學家以往通過產生光子結構以影響諸如光纖通信的光應用上的行為。許多團隊已經使用光子技術來產生可利用整個可見光譜的人工結構。然而，目前已證明將這種技術應用到實驗室之外是很有挑戰性的，因為光子納米結構通常是脆弱的并且難以按照實際量生產。

現在，來自沙特阿拉伯國王阿卜杜拉科技大學（KAUST）的Andrea Fratalocchi與來自美國哈佛大學和瑞士蘇黎世聯邦理工學院的同事們一起使用濕化學技術來克服擴大光子顏色的困難。他們的靈感來自于梅喉傘鳥的納米多孔羽毛。團隊開始將鉑-鋁基合金濺射到目標表面上，然后利用稱為脫合金的過程來溶解大部分鋁并且誘導剩余的金屬重組成具有開放納米孔的凹凸網絡。

接下來，研究人員在金屬網絡上沉積超薄的藍寶石保護層，以保護表面并修改光與光子納米孔相互作用的方式。令人驚奇的是，他們發現藍寶石層的厚度的輕微變化，即從7nm到53nm變化，將產生顯著的顏色變化——最初的透明膜逐步過渡為黃色，橙色，紅色和藍色。

Fratalocchi說：“在實驗上控制這些顏色非常簡單，使用涂層技術也是便宜且易于實施的。然而，了解復雜的光物質相互作用如何產生顏色尚需要幾個月的工作。”

通過使用高級模擬，團隊確定，當光照射金屬并產生稱為表面等離子體的波狀實體時，顏色生成便開始了，然后被隨機分布的孔捕獲。這是涂層的折射率調制的結果。在納米孔中產生介電常數接近零的區域，這導致波非常緩慢地傳播。 添加藍寶石膜會引起捕獲光波的附加反射，并通過共振效應產生飽和色的流動。

Fratalocchi指出，這種結構產生顏色的方式為“可編程”納米材料的許多應用開辟了道路。“想象一下，汽車上的劃痕，可以用非常薄的材料重新涂漆，而不是用其他昂貴的程序。或者作為輕量級，免維護的方式涂裝飛機。這項技術可能是一場真正的革命。” 他說。

原文鏈接：http://www.materialstoday.com/optical-materials/news/bird-feathers-inspire-novel-colourful-coating/

文獻鏈接：http://phys.org/news/2016-11-color-changing-coatings-ready-big.html

本文由編輯部楊超提供素材，豆慧敏編譯，點我加入材料人編輯部

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