薄薄的防刮膜可以使用隨機(jī)的金屬納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彩虹般的顏色。日前，沙特阿拉伯國王阿卜杜拉科技大學(xué)（KAUST）的Andrea Fratalocchi與來自美國哈佛大學(xué)和瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的同事們由梅喉傘鳥的納米多孔羽毛受到啟發(fā)，開發(fā)出一種大規(guī)模的印刷技術(shù)，可以生產(chǎn)任何所需顏色的輕質(zhì)和超耐磨涂層。這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顏色的方式，為“可編程”納米材料的許多應(yīng)用開辟了道路。

    孔雀羽毛的耀眼色彩來自光與生物納米結(jié)構(gòu)的物理相互作用。 在Light：Science＆Applications的一篇新發(fā)表的論文中，研究人員稱，利用這種稱為結(jié)構(gòu)著色的發(fā)現(xiàn)，開發(fā)出了一種大規(guī)模的印刷技術(shù)，可以生產(chǎn)任何所需顏色的輕質(zhì)和超耐磨涂層。

    科學(xué)家以往通過產(chǎn)生光子結(jié)構(gòu)以影響諸如光纖通信的光應(yīng)用上的行為。許多團(tuán)隊(duì)已經(jīng)使用光子技術(shù)來產(chǎn)生可利用整個(gè)可見光譜的人工結(jié)構(gòu)。然而，目前已證明將這種技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室之外是很有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)楣庾蛹{米結(jié)構(gòu)通常是脆弱的并且難以按照實(shí)際量生產(chǎn)。

    現(xiàn)在，來自沙特阿拉伯國王阿卜杜拉科技大學(xué)（KAUST）的Andrea Fratalocchi與來自美國哈佛大學(xué)和瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的同事們一起使用濕化學(xué)技術(shù)來克服擴(kuò)大光子顏色的困難。他們的靈感來自于梅喉傘鳥的納米多孔羽毛。團(tuán)隊(duì)開始將鉑-鋁基合金濺射到目標(biāo)表面上，然后利用稱為脫合金的過程來溶解大部分鋁并且誘導(dǎo)剩余的金屬重組成具有開放納米孔的凹凸網(wǎng)絡(luò)。

    接下來，研究人員在金屬網(wǎng)絡(luò)上沉積超薄的藍(lán)寶石保護(hù)層，以保護(hù)表面并修改光與光子納米孔相互作用的方式。令人驚奇的是，他們發(fā)現(xiàn)藍(lán)寶石層的厚度的輕微變化，即從7nm到53nm變化，將產(chǎn)生顯著的顏色變化——最初的透明膜逐步過渡為黃色，橙色，紅色和藍(lán)色。

    Fratalocchi說：“在實(shí)驗(yàn)上控制這些顏色非常簡單，使用涂層技術(shù)也是便宜且易于實(shí)施的。然而，了解復(fù)雜的光物質(zhì)相互作用如何產(chǎn)生顏色尚需要幾個(gè)月的工作。”

    通過使用高級(jí)模擬，團(tuán)隊(duì)確定，當(dāng)光照射金屬并產(chǎn)生稱為表面等離子體的波狀實(shí)體時(shí)，顏色生成便開始了，然后被隨機(jī)分布的孔捕獲。這是涂層的折射率調(diào)制的結(jié)果。在納米孔中產(chǎn)生介電常數(shù)接近零的區(qū)域，這導(dǎo)致波非常緩慢地傳播。 添加藍(lán)寶石膜會(huì)引起捕獲光波的附加反射，并通過共振效應(yīng)產(chǎn)生飽和色的流動(dòng)。

    Fratalocchi指出，這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顏色的方式為“可編程”納米材料的許多應(yīng)用開辟了道路。“想象一下，汽車上的劃痕，可以用非常薄的材料重新涂漆，而不是用其他昂貴的程序。或者作為輕量級(jí)，免維護(hù)的方式涂裝飛機(jī)。這項(xiàng)技術(shù)可能是一場真正的革命。” 他說。