Vytvořen materiál měnící barvu podobný chameleonovi poháněný nanostroji | Granite of science
Výzkumníci z Univerzity v Cambridgi vyvinuli umělou „chameleoní kůži“, která mění barvu, když je vystavena světlu. Podle vědců by takový vynález mohl být využit v kamufláži jako aktivní maskování a při vývoji dynamických displejů ve velkém měřítku.
Pro vytvoření unikátního materiálu se tým inspiroval schopností chameleonů měnit barvu. V přírodě mohou zvířata, jako jsou chameleoni a sépie, měnit barvu díky chromatoforům: kožním buňkám s kontraktilními vlákny, která přenášejí pigmenty. Pigmenty jsou rozprostřeny, aby ukázaly svou barvu, nebo stlačeny k sobě, aby buňka byla průhledná.
Umělé chromatofory vyvinuté výzkumníky z Cambridge jsou postaveny na stejném principu, ale místo kontraktilních vláken se jejich schopnost měnit barvu spoléhá na nanostroje spouštěné světlem a „buňky“ jsou mikroskopické kapičky vody.
Chameleoni se od ostatních zvířat odlišovali svou neobvyklou schopností měnit barvu svého těla. Starověký římský vědec Plinius se velmi zajímal o studium podstaty této zajímavé schopnosti a věřil, že právě prostředí a pozadí nějakým způsobem ovlivňují barvu chameleonů. V 17. století vědci věřili, že barvením svých těl různými barvami zvířata projevují úroveň svého emočního vzrušení a prožitků. Druhá možnost se ukázala být nejblíže pravdě. Pomocí zbarvení tedy chameleoni komunikují se svými vlastními druhy a nejjasnější barvu v tomto případě získají, když se samci setkají. Jinými slovy, zbarvením svých těl do všech barev duhy chameleoni projevují svou touhu být si všimnuti. Kromě toho se barva chameleona často mění v závislosti na okolní teplotě nebo na změně obvyklé úrovně osvětlení a vlhkosti zvířete.
Materiál vyvinutý vědci z Cambridge se skládá z drobných zlatých částic obalených polymerní skořápkou a následně stlačených do mikrokapiček vody v oleji. Při vystavení teplu nebo světlu se částice slepí a změní barvu materiálu. Výsledky studie byly publikovány v časopise Advanced Optical Materials.
Výzkumníci poukazují na to, že nanočástice zlata potažené obaly z poly(N-isopropylakrylamidu) (pNIPAM) podléhají reverzibilní demontáži pod a nad kritickou teplotou 32 °C. Vložením těchto částic do mikrokapiček s vysokou hustotou vznikají umělé chromatofory řízené světlem. Spuštění sestavování nanočástic vede k dramatickým změnám barev v důsledku lokalizace nanočástic na základně kapiček, připomínajícím melanofory zebřičky. Tyto reverzibilní stavy chromatoforů lze přepínat jak objemovým, tak optickým ohřevem, jak bylo studováno na jednotlivých mikrokapičkách a na velkých ploškách hustě uspořádaných kapiček. Osvětlení chromatoforů mimo střed úzkým paprskem vede k pohybu kapiček prostřednictvím dvou samostatných mechanismů: Marangoniho mezifázového posunu a pohybu plynových bublin v závislosti na optické mohutnosti.
Рисунок 1. Наночастицы Au@pNIPAM ядро-оболочка (1014 мл-1) в микрокаплях вода-в-масле для искусственных хроматофоров. а) Оптическая микрофотография образования микрокапель хроматофора в микрофлюидном соединении с фокусировкой потока. б) Схематический температурный отклик микрокапель хроматофора. c) Изображения передачи оптической микроскопии агрегированного «горячего» состояния на разных фокусных высотах (объектив с высокой NA). Кластеры осадка на дне капель, масштабная линейка составляет 50 мкм.
Reverzibilní teplotní optická odezva mikrokapičkových chromatoforů. a) Mikroskopické snímky pořízené v režimu propustnosti ve světlém poli (horní snímky) a v režimu dopadajícího osvětlení v tmavém poli (dolní snímky) při teplotách pod a nad kritickou teplotou Tc = 32 °C. Měřítko je 200 μm. b) Extinkční a rozptylová spektra pod a nad Tc pořízená z 2 μm skvrny ve středu kapiček, zvýrazněná v pravém horním rohu vložky.
Když se materiál zahřeje nad 32 °C, nanočástice akumulují během zlomku sekundy velké množství elastické energie, protože polymerní povlaky vytlačují veškerou vodu a rozpadají se. To způsobuje, že se nanočástice spojí do pevných shluků. Když materiál chladne, polymery absorbují vodu a rozpínají se a zlaté nanočástice prudce a rychle praskají, jako pružina.
„Naplnění nanočástic do mikrokapiček nám umožňuje kontrolovat tvar a velikost shluků, což nám dává dramatické změny barev,“ „řekl Dr. Andrew Salmon z Cavendishovy laboratoře v Cambridge, spoluautor studie.
Geometrie nanočástic, když jsou spojeny do shluků, určuje jejich barvu: když jsou nanočástice rozptýlené, jsou červené a když jsou seskupeny, jsou tmavě modré. Kapičky vody však také shluky částic stlačují, což způsobuje jejich vzájemný stín a stav shluku se tak stává téměř průhledným.
V současné době má materiál vyvinutý výzkumníky z Cambridge pouze jednu vrstvu, takže může měnit pouze jednu barvu. Různé materiály a tvary nanočástic by však mohly být použity v dalších vrstvách k vytvoření plně dynamického materiálu, jako je skutečná kůže chameleona.
Vědci si také všimli, že umělé buňky dokážou „plavat“ jednoduchými způsoby, podobně jako řasa Volvox. Když jsou kapky osvětleny na jednom konci, povrch se odlupuje směrem ke světlu a tlačí je dopředu. Při silném osvětlení se rychle tvoří bubliny pod vysokým tlakem, které kapky tlačí po povrchu.
„Tato práce je významným krokem vpřed ve využití nanotechnologií pro biomimikry,“ „řekl spoluautor Sean Cormier. „V současné době pracujeme na replikaci tohoto postupu na rolovací fólii, abychom mohli vyrábět metry barevně měnících se fólií. Pomocí strukturovaného světla plánujeme také použití světlem spouštěného plavání pro více kapiček. Bude opravdu zajímavé sledovat, jaké kolektivní chování se vytvoří.“
а) Снимки с камеры, показывающие переключение микрокапелевых хроматофор с большой площадью с температурой (Tc = 32 ° C) при различном освещении условия. б) Оптическая микрофотография микрокапельных хроматофоров с зеленой подсветкой.
Další informaceAndrew R. Salmon, Sean Cormier, Wenting Wang, ChrisAbell, Jeremy J. Baumberg – článek „Mobilní umělé chromatofory: Nanočástice spouštěné světlem pro pohyb mikrokapiček a změnu barvy“, Advanced Optical Materials (2019). DOI: 10.1002/adom.201900951
Změna barvy minerálu tedy může být vizuálním efektem nebo skutečným fyzikálním procesem.
Chameleon kameny
Barva kamene je hlavním ukazatelem jeho hodnoty. Odstín, světlost, sytost jsou hlavními složkami barvy. Někdy se k nim přidává další – přítomnost dalších odstínů, které se nacházejí v chameleonových kamenech. Pořídit si do sbírky chameleona je snem mnoha znalců přírodních drahých kamenů.
Pleochroismus
Některé minerály jsou známé svou schopností měnit se v závislosti na úhlu, pod kterým se na ně díváte. Klenotníci nazývají tento jev „pleochroismus“ a nachází se v alexandritu, tanzanitu, chryzoberylu, akvamarínu, turmalínu, zirkonu, některých příkladech smaragdu a topazu, korundu, hlavně rubínu a barevných safírech.
Barevný rub
Stává se také, že kámen vlivem osvětlení změní barvu, jedná se o tzv. „Alexandritový efekt“, změna barvy nebo efekt změny barvy. Vzácné alexandrity, těžené v dolech Ural Malyshevsky, provádějí malý zázrak: ve slunečních paprscích jsou modrozelené a v umělém světle červenofialové. Alexandritový efekt, o něco méně výrazný, se nachází v granátu, turmalínu, některých safírech z afrických dolů a také v jednotlivých vzorcích mnoha dalších kamenů.
Denní a večerní kameny
Některé minerály vypadají lépe v přirozeném světle a říká se jim „denní světlo“, zatímco jiné vypadají lépe v umělém světle, jedná se o tzv. “večerní kameny” To je důvod, proč se rubínové náušnice mění v různých světelných podmínkách: večer vypadají jasnější. Totéž platí pro diamant, je to večerní kámen a je vytvořen, aby ohromoval představivost ve světle svíček a reflektorů. No, krása safíru se lépe odhalí během dne.
Různé světelné zdroje mají různý vliv na vnímání barvy drahokamů. Zářivky zvýrazňují modré, fialové, zelené barvy v minerálech a klasická žárovka se žlutým světlem rozzáří červené, oranžové a žluté akcenty ve špercích.
Drahokam, který v průběhu času mění barvu
Největší množství pověr vzniklo kolem kamenů, které časem mění barvu. Předpokládalo se, že ke změnám dochází kvůli tomu, že talisman vzal na sebe škodu způsobenou majiteli, nebo se mu snaží říct o blížícím se neštěstí či nemoci. Vysvětlení blednutí a dalších změn je ale prozaičtější – minerál byl nesprávně skladován nebo používán.
Krásný modrý topaz se tedy bojí slunečního světla. Prožijte s ním dovolenou na pláži a na konci sezóny se promění v průhledné sklo. Krásný modrý nádech je dán poruchami v krystalové mřížce a slunce „léčí“ topaz, opravuje vady a barva mizí. Jste zamilovaní do nebeské průhlednosti tohoto minerálu? Vyberte si večerní styly, jako jsou tyto klasické topásové náušnice. Akvamarín nesnáší slunce, proto je lepší nosit tento kámen večer – v UV paprscích hnědne.
Ale názor, že ametyst na slunci ztrácí barvu, je mylný. Aby přírodní ametyst ztratil svou barvu, musí se zahřát na 200°C. Proto se sada s přírodními ametysty Viola může stát dědictvím vaší rodiny! Je zde závislost stálobarevnosti na místě extrakce. Tyto ametysty získané z otevřených oblastí na slunci nemění barvu, ale kameny získané z geody nebo vnitřní dutiny blednou, ale ne tak rychle jako topaz. Oslabení intenzity barvy bude patrné po několika desetiletích.
Mnoho kamenů „nemá rád“ vysoké teploty, takže před návštěvou lázní nebo sauny je lepší odstranit šperky s vložkami. Neměli byste je skladovat na okně nebo vlastně na světle – dejte je do šperkovnice. Opály, tyrkys, perly a korály jsou extrémně citlivé na vnější vlivy. Bojí se nejen světla, ale také vody, domácích chemikálií a kosmetiky a dokonce i prachu.
Zušlechťování šperkových kamenů
Dokonalé drahokamy jsou vzácné. Proto lidé potřebovali způsoby, jak zlepšit své přirozené vlastnosti – technologie rafinace. Vedou ke změně barvy, přičemž výsledný odstín zůstává navždy. Upřesnění je povoleno na legislativní úrovni.
Nejčastěji používanou tepelnou úpravou je tzv. žíhání nebo pražení. Provádí se při vysokých teplotách (až 2000°C) a za speciálních podmínek, odlišných pro různé minerály. Zjemnění žíháním lze aplikovat na akvamaríny, citríny, rubíny, safíry a diamanty.
Druhým způsobem rafinace, kvůli kterému drahé kameny mění barvu, je ozařování. Používá se vč. na diamantu a topazu, často v kombinaci s žíháním. Kvůli bombardování neutrony se diamanty stávají žlutými, načervenalými a akvamarínovými. Gama záření způsobuje, že topazy zmodrají. Nebojte se – taková expozice nemůže poškodit lidské zdraví.
V klenotnictvích Diva si můžete koupit šperky s přírodními drahými vložkami. Hledáte neobvyklé kameny chameleonů? Nabídneme Vám hotové výrobky nebo vyrobíme šperky na zakázku s unikátní vložkou. Petrohradská značka Diva – pro znalce přírodních drahých kamenů!
