Sfruttare il principio della farfalla

Gli scienziati del gruppo di Andrew deMello, professore di biochimica, si sono ispirati alle farfalle per la loro nuova tecnologia: Le ali della specie che si trova nell'Africa tropicale Cynandra opisappaiono in colori brillanti. Questi colori sono prodotti da strutture superficiali estremamente sottili e regolari, di dimensioni pari alla lunghezza d'onda della luce visibile. Le strutture deviano i raggi luminosi e quindi esaltano le singole componenti cromatiche della luce o ne annullano altre. I ricercatori che lavorano con deMello sono riusciti ad analizzare le strutture superficiali diCynandra opis e altre strutture modificate utilizzando una stampante 3D nano. Questo ha permesso di creare un principio facile da usare per la produzione dei cosiddetti colori strutturali.

Esistono numerosi esempi di questi colori strutturali in natura, compresi quelli che possono essere ricondotti a strutture superficiali irregolari - ad esempio in altre specie di farfalle. "Le nanostrutture regolari sulle ali diCynandra opis erano particolarmente adatti a ricrearli con la stampa 3D", spiega Xiaobao Cao, ex dottorando del gruppo di deMello e autore principale dello studio. Il Cynandra-opis-Le strutture sono costituite da due strati sovrapposti di reticoli disposti ad angolo retto l'uno rispetto all'altro con una distanza reticolare compresa tra mezzo micrometro e un micrometro.

Tavolozza di colori completa

Come hanno dimostrato i ricercatori dell'ETH, variando la distanza tra le griglie e l'altezza delle barre della griglia in un intervallo di dimensioni compreso tra 250 nanometri e 1,2 micrometri, è possibile variare il colore. Ciò ha permesso di produrre tutti i colori dello spettro visibile con la stampa 3D. Questo include molti colori che non sono presenti nella formazione preliminare.

I ricercatori sono riusciti a produrre le superfici utilizzando diversi materiali, tra cui un polimero trasparente. "Questo ha permesso di illuminare la struttura da dietro per far risaltare il colore", spiega Stavros Stavrakis, scienziato del gruppo di deMello e coautore dello studio. "? la prima volta che riusciamo a produrre tutti i colori dello spettro visibile come colori strutturali in un materiale traslucido".

Caratteristiche di sicurezza

Nell'ambito dello studio, gli scienziati hanno prodotto un'immagine in miniatura a partire da pixel strutturali di colore diverso che misurano 2 per 2 micrometri. Tali immagini in miniatura potrebbero un giorno essere utilizzate come elementi di sicurezza su banconote e altri documenti. Poiché i colori possono essere prodotti con materiali trasparenti, sarebbe anche possibile produrre filtri colorati per dispositivi di misurazione ottica nanotecnologici. Ciò si inserisce perfettamente nelle principali attività di ricerca del gruppo del professor deMello dell'ETH, che sviluppa sistemi miniaturizzati per esperimenti chimici e biologici, i cosiddetti sistemi microfluidici.

Secondo i ricercatori, è possibile produrre nanostrutture su larga scala. Se si producesse una struttura negativa come modello con la stampa 3D, si potrebbe realizzare un gran numero di stampi. Il principio potrebbe quindi essere adatto alla produzione di schermi a colori ad alta risoluzione, come schermi sottili e pieghevoli. Infine, secondo gli scienziati, i pigmenti colorati attualmente utilizzati nelle vernici per la stampa e la pittura potrebbero essere sostituiti da questi colori strutturali. I colori strutturati presentano diversi vantaggi rispetto ai colori a pigmenti: sono durevoli perché non sbiadiscono quando sono esposti alla luce e, nella maggior parte dei casi, hanno anche un migliore equilibrio ambientale.