Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Капли воды с наночастицами изменили цвет при 32 градусах Цельсия

University of Cambridge

Химики создали материал, который резко меняет оптические свойства при нагревании выше 32 градусов Цельсия, что достигается за счет взаимодействия наночастиц золота, покрытых специальным полимером. Вызвать изменение можно как прямым нагревом, так и при помощи интенсивного потока света, пишут авторы в журнале Advanced Optical Materials.

В природе встречаются животные, способные менять цвет кожи в зависимости от внешних условий. В частности, таким свойством обладают хамелеоны и каракатицы. Механизмы изменения могут различаться в деталях, но во всех случаях оно обеспечивается клетками кожи из группы хроматофор, которые содержат пигменты или хорошо отражающие элементы. Эти структуры могут обратимо перемещаться внутри клеток благодаря действию моторных белков, таких как миозины и кинезины.

В последние годы развиваются подходы по имитации необычных свойств природных материалов. Ученые при помощи таких искусственных веществ, называемых биомиметиками, пытаются, в том числе, добиться смены цвета, что может пригодиться при разработке новых видов дисплеев или активного камуфляжа.

Для достижения этой цели необходимо достичь управления движением частиц на соответствующем живым клеткам микро- и наномасштабе. В этом контексте одним из наиболее многообещающих методов является управление при помощи света, так как позволяет достигать высокой пространственной и временной точности без необходимости подведения контактов.

В работе под руководством Джереми Бомберга (Jeremy Baumberg) описано создание подобного биомиметика. Новое вещество состоит из золотых наночастиц, покрытых слоем полимера поли-N-изопропилакриламид (pNIPAM), которые затем в виде взвеси добавляются в микроскопические капли воды, находящиеся внутри масла. Полученные модифицированные частицы при нагревании выше 32 градусов начинают слипаться, что значительно меняет оптические свойства среды. Достичь нужной температуры можно и при помощи света.

Поведение основано на свойстве pNIPAM претерпевать обратимый фазовый переход при пересечении критической температуры растворения: ниже данной температуры полимер хорошо смешивается с водой, а при превышении перестает. В результате выше 32 градусов Цельсия вода покидает оболочки наночастиц, они сжимаются и становятся гидрофобными. Это, в свою очередь, приводит к формированию сгустков. При охлаждении вода опять насыщает оболочки, они быстро распухают и под действием механических сил агломерации распадаются. Весь процесс перехода занимает доли секунды.

Получающаяся геометрия скоплений наночастиц определяет цвет всего вещества. В данном случае, когда частицы порознь, то оно выглядит красным, а когда группируются — темно-синий. Дополнительный контроль над системой можно получить при помощи выбора размера капель воды, что также влияет размер кластеров, иногда даже делая их почти прозрачными.

Авторы экспериментировали пока с одним типом наночастиц, поэтому система может переключаться только между двумя цветами. Однако возможно создание сложных сред с комбинацией различных частиц и оболочек, которые будут способны менять множество цветов.

Ранее физики изготовили радужный катафот из наночастиц и скотча, а также выяснили, что облик ранних фотографий определили наночастицы. В другой работе ученые предложили использовать наночастицы оксида титана для отбеливания зубов без повреждения эмали.

Тимур Кешелава

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.