Microesferas sintéticas com orifícios em nanoescala podem absorver luz de todas as direções em uma ampla gama de frequências, tornando-os candidatos para revestimentos anti-reflexos, de acordo com uma equipe de engenheiros da Penn State. As esferas sintéticas também explicam como o inseto saltador de folhas usa partículas semelhantes para se esconder de predadores em seu ambiente.

Os cientistas sabem há muito tempo que os saltadores de folhas expelem micropartículas, chamados brocossomos, e limpe-os em suas asas. Como as partículas são super-hidrofóbicas, as asas do saltador de folhas permanecem secas em condições de chuva. O que não foi compreendido antes do trabalho atual é que os brocossomos também permitem que os salteadores de folhas e seus ovos se misturem com suas origens nos comprimentos de onda de luz visíveis aos seus principais predadores, como o besouro joaninha.

"Sabíamos que nossas partículas sintéticas poderiam ser opticamente interessantes por causa de sua estrutura, "disse Tak-Sing Wong, professor assistente de engenharia mecânica e professor de início de carreira da família Wormely em engenharia. "Nós não sabíamos, até que meu ex-pós-doutorado e principal autor do estudo, Shikuan Yang, o abordou em uma reunião de grupo, que o funil de folhas fez estes revestimentos antiaderentes com uma estrutura natural muito semelhante aos nossos revestimentos sintéticos. Isso nos levou a imaginar como o saltador de folhas usava essas partículas na natureza. "

Uma pesquisa na literatura científica não revelou nada sobre o uso dos brocossomos como camuflagem. Mas os tamanhos dos poços nas microesferas sintéticas são muito próximos do comprimento de onda da luz, e pode capturar até 99 por cento da luz, variando do ultravioleta através do visível e no infravermelho próximo. A superfície da partícula atua como um metamaterial, o tipo de material usado em dispositivos de camuflagem.

"O problema é que no campo, esses funis produzem muito pouco deste produto, e é muito difícil coletar, "Disse Wong." Mas já havíamos produzido grandes quantidades dessas estruturas no laboratório, o suficiente para colocar dentro de uma máquina para verificar suas propriedades ópticas. "

Em um artigo publicado online hoje (3 de novembro) em Nature Communications, os pesquisadores simularam a visão do inseto e descobriram que os brocossomos são muito provavelmente revestimentos de camuflagem contra predadores de saltadores de folhas. A camuflagem é comum na natureza, mas existem poucos exemplos de revestimentos anti-reflexos naturais, olhos de mariposa sendo uma exceção proeminente. Os olhos das mariposas são cobertos por nanoestruturas antirreflexo que evitam que a luz se reflita neles à noite, quando os predadores podem vê-los.

As microesferas sintéticas são produzidas por meio de um processo bastante complexo de cinco etapas usando deposição eletroquímica. Contudo, o processo pode ser ampliado e muitos materiais diferentes podem ser usados ​​para fazer os brocossomos sintéticos, como ouro, prata, óxido de manganês ou mesmo um polímero condutor.

“Diferentes materiais terão suas próprias aplicações, "Wong disse." Por exemplo, o óxido de manganês é um material muito popular usado em supercapacitores e baterias. Por causa de sua grande área de superfície, esta partícula poderia ser um bom eletrodo de bateria e permitir uma maior taxa de reação química. "

Como um revestimento anti-reflexo, este material pode ter aplicações em sensores e câmeras, onde capturar a reflexão de luz indesejada pode aumentar a relação sinal-ruído. Isso também pode ser particularmente útil em telescópios. Para aplicações de células solares, um revestimento de brocossomos sintéticos pode aumentar a captura de luz em vários comprimentos de onda e de todos os ângulos devido à estrutura em forma de bola de futebol 3D das esferas, tornando desnecessário construir dispositivos para rastrear o sol.

"Este artigo é mais um estudo fundamental, "Wong disse." No futuro, podemos tentar estender a estrutura para comprimentos de onda mais longos. Se tornássemos a estrutura um pouco maior, poderia absorver ondas eletromagnéticas mais longas, como infravermelho médio e abrir mais aplicações em detecção e captação de energia? "

Isso ainda precisa ser estudado.