p (Phys.org) —As cores das asas de uma borboleta são excepcionalmente brilhantes e belas e são o resultado de uma característica incomum; a forma como refletem a luz é fundamentalmente diferente de como as cores funcionam na maior parte do tempo. p Uma equipe de pesquisadores da Universidade da Pensilvânia encontrou uma maneira de gerar esse tipo de "cor estrutural" que tem o benefício adicional de outra característica das asas de borboleta:superhidrofobicidade, ou a capacidade de repelir fortemente a água.

p A pesquisa foi liderada por Shu Yang, professor associado do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Penn, e incluiu outros membros de seu grupo:Jie Li, Guanquan Liang e Xuelian Zhu.

p Sua pesquisa foi publicada na revista Materiais Funcionais Avançados .

p "Muitas pesquisas nos últimos 10 anos tentaram criar cores estruturais como as encontradas na natureza, em coisas como asas de borboletas e opalas, "Yang disse." As pessoas também têm se interessado em criar superfícies superhidrofóbicas que são encontradas em coisas como folhas de lótus, e em asas de borboleta, também, já que não podiam ficar no ar com as gotas de chuva grudadas neles. "

p As duas qualidades - cor estrutural e super-hidrofobicidade - estão relacionadas por estruturas. A cor estrutural é o resultado de padrões periódicos, enquanto a superhidrofobicidade é o resultado da rugosidade da superfície

p Quando a luz atinge a superfície de uma rede periódica, está espalhado, interferiu ou difratou em um comprimento de onda comparável ao tamanho da rede, produzindo uma cor particularmente brilhante e intensa que é muito mais forte do que a cor obtida a partir de pigmentos ou corantes.

p Quando a água cai em uma superfície hidrofóbica, sua rugosidade reduz a área de contato efetiva entre a água e uma área sólida onde ela pode aderir, resultando em um aumento do ângulo de contato da água e da mobilidade das gotículas de água em tal superfície.

p Ao tentar combinar essas características, engenheiros têm que passar por processos complicados, processos de várias etapas, primeiro a criar estruturas 3D que fornecem cor a partir de um polímero, seguido por etapas adicionais para torná-los ásperos em nanoescala. Essas etapas secundárias, como montagem de nanopartículas, ou condicionamento de plasma, deve ser executado com muito cuidado para não variar a propriedade ótica determinada pela rede periódica 3D criada na primeira etapa.

p O método de Yang começa com uma técnica de fotolitografia não convencional, litografia holográfica, onde um laser cria uma rede 3D reticulada a partir de um material chamado fotorresiste. O material fotorresiste nas regiões que não são expostas à luz do laser são posteriormente removidos por um solvente, deixando os "buracos" na estrutura 3D que fornece a cor estrutural.

p Em vez de usar nanopartículas ou corrosão de plasma, A equipe de Yang foi capaz de adicionar a nano rugosidade desejada às estruturas simplesmente trocando os solventes após lavar o fotorresiste. O truque era usar um solvente pobre; quanto melhor for um solvente, mais ele tenta maximizar o contato com o material. Solventes ruins têm o efeito oposto, que a equipe aproveitou ao final da etapa de fotolitografia.

p "O bom solvente faz com que a estrutura inche, "Yang disse." Assim que inchar, colocamos no solvente pobre. Porque o polímero odeia o solvente pobre, ele se contrai e murcha, formando nanoesferas dentro da rede 3D.

p "Descobrimos que quanto pior o solvente que usamos, quanto mais ásperas poderíamos fazer as estruturas, "Yang disse.

p Tanto a superhidrofobicidade quanto a cor estrutural são altamente demandadas para uma variedade de aplicações. Materiais com cor estrutural podem ser usados ​​como análogos à base de luz de semicondutores, por exemplo, para orientar a luz, lasing e sensing. À medida que repelem líquidos, os revestimentos superhidrofóbicos são autolimpantes e à prova d'água. Uma vez que os dispositivos ópticos são altamente dependentes de seu grau de transmissão de luz, a capacidade de manter a secura e limpeza da superfície do dispositivo minimizará o consumo de energia e o impacto ambiental negativo sem o uso de trabalho intensivo e produtos químicos. Yang recebeu recentemente uma bolsa para desenvolver tais revestimentos para painéis solares.

p Os pesquisadores têm ideias de como as duas características podem ser combinadas em um aplicativo, também.

p "Especificamente, estamos interessados ​​em colocar esse tipo de material na parte externa dos prédios, "Yang disse." A cor estrutural que podemos produzir é brilhante e altamente decorativa, e não vai desaparecer como as cores convencionais de pigmentação. A introdução da nano rugosidade oferecerá benefícios adicionais, como eficiência energética e respeito ao meio ambiente.

p "Pode ser uma fachada sofisticada apenas para a estética, além do apelo de suas propriedades autolimpantes. Também estamos desenvolvendo revestimentos de edifícios com eficiência energética que irão integrar esses materiais em sensores ópticos. "