Os pesquisadores da ETH Zurich criaram cores artificiais imprimindo em 3D certas nanoestruturas inspiradas nas de uma borboleta. Este princípio pode ser usado no futuro para produzir telas coloridas.
Para sua nova tecnologia, os cientistas do grupo de Andrew deMello, professor de Engenharia Bioquímica, se inspiraram nas borboletas. As asas da espécie Cynandra opis, nativa da África tropical, são decoradas com cores brilhantes. Estes são produzidos por estruturas de superfície regulares extremamente intrincadas na faixa de tamanho do comprimento de onda da luz visível. Ao desviar os raios de luz, essas estruturas amplificam ou cancelam os componentes individuais da cor da luz. Liderados por deMello, os pesquisadores conseguiram replicar as estruturas de superfície de Cynandra opis, bem como outras estruturas modificadas, usando uma técnica de impressão nano-3D. Desta forma, eles criaram um princípio fácil de usar para a produção de estruturas que geram cores estruturais.

Existem numerosos exemplos de tal coloração estrutural na natureza, incluindo estruturas de superfície irregular – por exemplo, encontradas em outras espécies de borboletas. “As nanoestruturas regulares nas asas de Cynandra opis, no entanto, eram particularmente adequadas para reconstrução usando impressão 3D”, explica Xiaobao Cao, ex-aluno de doutorado do grupo deMello e principal autor deste estudo. As estruturas de Cynandra opis consistem em duas camadas de grade empilhadas perpendicularmente uma à outra, com um espaçamento de rede de cerca de 1/2 a 1 micrômetro.

Paleta de cores inteira

Ao variar esse espaçamento da treliça e a altura das hastes da treliça na faixa entre 250 nanômetros e 1,2 micrômetros, os pesquisadores da ETH conseguiram produzir estruturas impressas em 3D que geram todas as cores do espectro visível. Muitas dessas cores não ocorrem no modelo natural (a borboleta) em que suas estruturas se baseiam.

Os pesquisadores conseguiram produzir essas superfícies usando diferentes materiais, incluindo um polímero transparente. “Isso possibilitou iluminar a estrutura por trás para destacar a cor”, explica Stavros Stavrakis, cientista sênior do grupo deMello e coautor do estudo. "Esta é a primeira vez que conseguimos produzir todas as cores do espectro visível como cores estruturais em um material translúcido."

Recurso de segurança

Como parte do estudo, os cientistas produziram uma imagem em miniatura de pixels de cores estruturais multicoloridas medindo 2 por 2 micrômetros. Essas pequenas imagens poderão um dia ser usadas como recurso de segurança em notas e outros documentos. Como as cores podem ser produzidas com material transparente, também seria possível fabricar filtros de cores para tecnologias ópticas. Isso se encaixa bem com a principal atividade de pesquisa do grupo ETH Professor deMello, que desenvolve sistemas microfluídicos – sistemas miniaturizados para experimentos químicos e biológicos.

A produção em larga escala de nanoestruturas também é concebível, dizem os pesquisadores. Uma estrutura negativa poderia ser impressa em 3D para servir de modelo, o que possibilitaria a produção de um grande número de reproduções. Isso significa que o princípio pode ser adequado para a fabricação de telas coloridas de alta resolução, como telas finas dobráveis. E, por fim, os cientistas apontam que as cores estruturais podem substituir os pigmentos usados ​​hoje em impressão e pintura. As cores estruturais têm certas vantagens sobre os pigmentos convencionais:duram mais porque não desbotam quando expostas à luz e, na maioria dos casos, têm uma melhor pegada ambiental.

A pesquisa foi publicada em Materiais Avançados . + Explorar mais

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