Malowane spękaniami
Od tysiącleci do tworzenia dzieł sztuki ludzie używali zawierających pigmenty farb, tuszy i barwników. Teraz naukowcy uzyskali maleńkie obrazy na plastiku, których kolory biorą się ze zróżnicowania mikroskopijnych struktur powierzchniowych.
Pigmenty to substancje chemiczne, które pochłaniają fale świetlne o określonych długościach, a odbijają o innych, co ludzkie oko postrzega jako różne barwy. Z kolei niektóre materiały – takie jak opalizujące niebieskie skrzydła motyli z rodzaju Morpho czy też uderzająco piękne pióra niektórych kolibrów – mają barwy, które powstają w wyniku dyfrakcji i interferencji fal świetlnych różnych długości na ich powierzchni.
W wielu tworzywach sztucznych w wyniku naprężeń powstają drobne pęknięcia. Zazwyczaj następuje to losowo w całej objętości materiału. Ale w przypadku pewnych tworzyw naświetlenie wiązką światła powoduje osłabienie wiązań w wybranych miejscach i tam właśnie pęknięcia po poddaniu naprężeniu pojawiają się w pierwszej kolejności. „W istocie potrafimy precyzyjnie kontrolować, gdzie dochodzi do pęknięć” – mówi materiałoznawca i współautor pracy Andrew Gibbons z Uniwersytetu w Kyoto. W zależności od ich wielkości i rozmieszczenia pęknięcia działają jako mikrostruktury dające określone barwy.
Gibbons i jego współpracownicy naświetlali silnymi diodami LED cienkie kawałki plastiku, a następnie zanurzali je w kwasie octowym, co powodowało powstanie siatki pęknięć w miejscach osłabionych przez światło. Jak opisano w pracy, która opublikowana została w czerwcu w Nature, pęknięcia te początkowo odbijały fale świetlne tej samej długości, na jakie dany kawałek plastiku był wcześniej wystawiony.
Poprzez dłuższe trawienie plastiku kwasem lub wystawienie go na działanie wysokiej temperatury można powiększyć pęknięcia tak, by odbijały światło o większej długości fali. Na wielkość pęknięć mają również wpływ rozmiary naświetlonego obszaru oraz grubość plastiku. Aby przetestować swoją metodę, badacze wykonali maleńkie kopie klasycznych obrazów, a nawet okładki albumu Queen (najmniejsza miała 0,25 mm średnicy).
„Jest to zaskakująca innowacja – mówi specjalista od polimerów Christopher Soles z National Institute of Standards and Technology, który nie brał udziału w tych badaniach. – Normalnie pęknięcia w materiałach to rzecz bardzo niepożądana, a tymczasem tutaj są pożyteczne”. Zaskoczyło go, że metodę tę można stosować dla rozmaitych tworzyw sztucznych, takich jak polistyren, poliwęglany czy szkło akrylowe, używane, odpowiednio do produkcji kubków na jogurt, pudełek na płyty CD i szyb pancernych.
Gibbons twierdzi, że metoda pęknięć mogłaby być przydatna przy pokrywaniu banknotów lub luksusowych towarów wytrzymałą warstwą plastiku, która uniemożliwiałaby ich podrabianie. A mikrostruktury mogą służyć nie tylko do tworzenia ładnych obrazów. Ma nadzieję, że w przyszłości znajdą zastosowanie do przechowywania mikroskopijnych ilości płynów na potrzeby analizy medycznej.