لقد حصل العلماء على جميع ألوان قوس قزح بدون أصباغ

حققت كلية الدراسات العليا للعلوم والتكنولوجيا المتقاربة في جامعة كوريا والمعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا (KU-KIST) اللون الأحمر الهيكلي، وهو اللون الأخير الذي استعصى عليه العلماء لفترة طويلة.

يتم تصنيع معظم الألوان الاصطناعية باستخدام أصباغ ومواد كيميائية تمتص بعض الأطوال الموجية وتعكس أخرى. تحدد الأصباغ الهيكلية اللون وفقًا لمبدأ مختلف – فهي تتكون من جسيمات نانوية، يحدد حجمها الموجات التي تنعكس.

مثل هذه الهياكل لا تتلاشى في الشمس ولا تغسل ولا تتلاشى. لكن المشكلة تكمن في أن الجسيمات النانوية أفضل في تشتيت الموجات القصيرة الزرقاء، تمامًا مثل السماء الزرقاء. يتم خلط لون الخلفية الأزرق هذا مع اللون الأزرق المنعكس، ومن الصعب بشكل خاص الحصول على ألوان نقية في الجزء الأحمر ذو الطول الموجي الطويل من الطيف.

وجدت KU-KIST الحل الذي وصفوه في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. هناك قاموا بتكوين جسيمات غروانية ذات نواة ذهبية صغيرة يبلغ قطرها 20 نانومتر فقط، ومحاطة بقشرة من أكسيد السيليكون. تم اختيار الذهب لخاصيته البصرية المفيدة – فهو يمتص الضوء عند الأطوال الموجية القصيرة، ويقوم بتصفية اللون الأزرق بشكل فعال قبل أن يشوه اللون المنعكس.

تم خلط هذا “الرمال الذهبية” في راتينج شفاف بمعامل انكسار قريب جدًا من معامل انكسار الجزيئات نفسها، مما يقلل من التشتت غير المرغوب فيه داخل المادة. والنتيجة هي لون هيكلي أحمر نقي.

يمكن تطبيق المادة مباشرة على الأسطح ومعالجتها بالأشعة فوق البنفسجية لإنشاء طبقة رقيقة ومتينة. مع جزيئات يبلغ قطرها 230 نانومتر، تعكس المادة الأطوال الموجية الحمراء فقط، مما ينتج لونًا أحمر غنيًا حتى في ضوء الشمس الساطع. يؤدي تقليل الجسيمات إلى 180 نانومتر إلى تحويل اللون إلى اللون الأخضر، وينتج عن 160 نانومتر اللون الأزرق العميق.

وبالتالي، من خلال تغيير حجم الجسيمات، يمكنك الحصول على جميع ألوان قوس قزح – وليس هناك حاجة إلى أصباغ لهذا الغرض.

لا يتغير اللون حسب زاوية المشاهدة – وهذه ميزة مهمة مقارنة بالطرق الأخرى للحصول على اللون الهيكلي. ونظرًا لأن اللون يحدث داخليًا وليس على السطح، فإن المادة تعد بأن تكون متينة للغاية.

في المستقبل، قد تحل الأصباغ الهيكلية محل الأصباغ التقليدية. لديهم الكثير من المزايا. يمكن أن تكون التطبيقات واسعة جدًا – بدءًا من البناء والهندسة المعمارية وحتى الطباعة والحماية من التزييف. ولن تكون التكلفة عائقًا كبيرًا – فنسبة الذهب في اللون الهيكلي من حيث الوزن لا تذكر.