Uma metassuperfície de comprimento de onda pintada termicamente produz uma gama deslumbrante de cores que não mudam com o ângulo de visão. Uma camada de óxido de am, com alguns nanômetros de espessura, cresceu na borda do metal em altas temperaturas. Isso criou a metassuperfície óptica que absorve perfeitamente certos comprimentos de onda da luz. Crédito:Giuseppe Strangi, Case Western Reserve University
Os pesquisadores descobriram que a antiga técnica de aquecer metal para criar cores vibrantes cria uma superfície nanoestruturada que atua como um absorvedor de luz perfeito. Absorventes de luz perfeitos - materiais que absorvem mais de 99% de uma determinada cor - podem ser usados para detecção, painéis solares, tecnologias anti-falsificação e furtivas.
No jornal Optical Materials Express , pesquisadores da Case Western Reserve University em Ohio relatam seus insights sobre como as cores são geradas em superfícies de metal aquecidas e aplicam essas descobertas para criar uma película fina de níquel que absorve perfeitamente a luz vermelha.
"Descobrimos que um 3, A técnica de metalurgia de 000 anos é na verdade um dos exemplos mais simples de metassuperfície - superfícies artificiais com características de comprimento de onda que conferem propriedades eletromagnéticas únicas, "disse Giuseppe Strangi, membro da equipe de pesquisa da Case Western Reserve University. "Criar mudanças de cor depositando uma única camada de metal abre novas possibilidades estéticas na metalurgia, bem como aplicações como dispositivos de proteção de sinais eletromagnéticos que causam ruído e interferência. "
Ao contrário das cores iridescentes das bolhas de água e asas de borboletas, que mudam dependendo do ângulo de visão, os filmes finos de óxido produzidos pelo aquecimento do metal mantêm suas cores em todos os ângulos. Isso poderia tornar a cor induzida pelo calor útil para fazer hologramas para proteger moedas e produtos de metal contra a falsificação.
Uma abordagem simples
Os cientistas já demonstraram absorção de luz perfeita usando materiais absorventes ultrafinos em metais ou com nanoestruturas de alta engenharia. Contudo, esses materiais requerem pelo menos duas deposições de material usando métodos de fabricação de nanolitografia que são caros, demorado e difícil de reproduzir.
A absorção perfeita da luz ocorre na metassuperfície de óxido de níquel (NiO) porque os raios de luz que emergem da camada de óxido e do substrato de metal se unem de forma que se cancelam - um fenômeno conhecido como interferência destrutiva total. Crédito:Giuseppe Strangi, Case Western Reserve University
"Nós mostramos que a absorção de luz perfeita pode ser realizada usando um filme fino simples com a combinação certa de óxido e substrato metálico, "disse Strangi." Esta combinação ocorre naturalmente com certos metais como o níquel e titânio que usamos neste estudo. "
Para demonstrar sua técnica, os pesquisadores depositaram 150 nanômetros de níquel ou titânio no silício e, em seguida, aqueceram os filmes por 20 a 40 minutos a 400 ° C para formar uma camada de óxido. A análise das propriedades de absorção das amostras mostrou que os filmes de níquel cozidos por 40 minutos absorveram aproximadamente 99,94% da luz vermelha. Os pesquisadores também demonstraram que a absorção de luz pode ser sintonizada nos comprimentos de onda do visível e do infravermelho próximo, modificando a duração do aquecimento, o que altera a espessura da camada de óxido.
Como funciona
A absorção perfeita da luz ocorre no metal aquecido porque os raios de luz que emergem da camada de óxido e do substrato de metal se juntam de tal forma que se cancelam - um fenômeno conhecido como interferência destrutiva total. Qualquer luz restante é absorvida pelo substrato de metal.
"Este método de criação de absorção perfeita é muito prático devido à sua simplicidade e reprodutibilidade, "disse Strangi." A camada de óxido torna a superfície resistente a arranhões e a protege de oxidação posterior. "
Os pesquisadores planejam realizar experimentos adicionais para determinar se padrões de alta resolução podem ser formados pelo crescimento de camadas de óxido de metal. Eles também estão trabalhando para desenvolver sensores de gás usando os absorvedores de luz perfeitos.
