[ad_1]
Представьте, что вы растягиваете кусок пленки, чтобы показать скрытое сообщение. Или проверить цвет нарукавной повязки для измерения мышечной массы. Или в купальнике, который меняет оттенок, когда вы делаете круги. Такие хамелеоноподобные, меняющие цвет материалы могут появиться на горизонте благодаря фотографической технике, которая была возрождена и перепрофилирована инженерами Массачусетского технологического института.
Применяя технику цветной фотографии 19-го века к современным голографическим материалам, команда Массачусетского технологического института напечатала крупномасштабные изображения на эластичных материалах, которые при растяжении могут изменять свой цвет, отражая различные длины волн по мере деформации материала.
Исследователи изготовили эластичные пленки, на которых были напечатаны подробные цветочные букеты, оттенки которых меняются от теплых к более холодным, когда пленки растягиваются. Они также печатали пленки, на которых видны отпечатки таких предметов, как клубника, монета и отпечаток пальца.
Результаты команды обеспечивают первую масштабируемую производственную технологию для производства детализированных крупномасштабных материалов со «структурным цветом» — цветом, который возникает как следствие микроскопической структуры материала, а не из-за химических добавок или красителей.
«Масштабирование этих материалов — нетривиальная задача, потому что вам нужно контролировать эти структуры на наноуровне», — говорит Бенджамин Миллер, аспирант факультета машиностроения Массачусетского технологического института. «Теперь, когда мы преодолели этот барьер масштабирования, мы можем исследовать такие вопросы, как: можем ли мы использовать этот материал для создания роботизированной кожи, обладающей человеческим осязанием? И можем ли мы создавать сенсорные устройства для таких вещей, как виртуальная дополненная реальность или медицинское обучение? Сейчас мы рассматриваем большое пространство».
Результаты команды появляются сегодня в Природные материалы. Соавторами Миллера являются студентка Массачусетского технологического института Хелен Лю и Матиас Колле, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института.
Случайность голограммы
Группа Колле разрабатывает оптические материалы, вдохновленные природой. Исследователи изучили светоотражающие свойства раковин моллюсков, крыльев бабочек и других радужных организмов, которые, кажется, мерцают и меняют свой цвет из-за микроскопических структур поверхности. Эти структуры расположены под углом и слоистые, чтобы отражать свет, как миниатюрные цветные зеркала или то, что инженеры называют отражателями Брэгга.
Группы, включая Колле, стремились воспроизвести этот естественный структурный цвет в материалах, используя различные методы. Некоторые усилия позволили получить небольшие образцы с точными наноразмерными структурами, в то время как другие создали более крупные образцы, но с меньшей оптической точностью.
Как пишет команда, «подход, который предлагает как [microscale control and scalability] остается неуловимым, несмотря на несколько потенциально важных приложений».
Размышляя над тем, как решить эту проблему, Миллер случайно посетил музей Массачусетского технологического института, где куратор рассказал ему о выставке, посвященной голографии — методу, который создает трехмерные изображения путем наложения двух световых лучей на физический материал.
«Я понял, что то, что они делают в голографии, похоже на то, что природа делает со структурным цветом», — говорит Миллер.
Этот визит побудил его прочитать о голографии и ее истории, что вернуло его к концу 1800-х годов, и фотографии Липпмана — ранней техники цветной фотографии, изобретенной франко-люксембургским физиком Габриэлем Липпманом, который позже получил Нобелевскую премию по физике за техника.
Липпманн создавал цветные фотографии, сначала помещая зеркало за очень тонкую прозрачную эмульсию — материал, который он состряпал из крошечных светочувствительных зерен. Он подверг установку лучу света, который зеркало отразило обратно через эмульсию. Интерференция входящих и исходящих световых волн побуждала зерна эмульсии изменять свое положение, как множество крошечных зеркал, и отражать структуру и длину волны экспонирующего света.
Используя эту технику, Липпман проецировал структурно окрашенные изображения цветов и других сцен на свои эмульсии, хотя этот процесс был трудоемким. Это включало в себя приготовление эмульсии вручную и ожидание в течение нескольких дней, пока материал не подвергнется достаточному воздействию света. Из-за этих ограничений техника в значительной степени ушла в историю.
Современный поворот
Миллер задавался вопросом, можно ли в сочетании с современными голографическими материалами ускорить фотографию Липпмана для производства крупномасштабных структурно окрашенных материалов. Подобно эмульсиям Липпмана, современные голографические материалы состоят из светочувствительных молекул, которые при воздействии на них фотонов могут сшиваться, образуя цветные зеркала.
«Химический состав этих современных голографических материалов теперь настолько чувствителен, что эту технику можно реализовать за короткое время просто с помощью проектора», — отмечает Колле.
В своем новом исследовании ученые наклеили эластичную прозрачную голографическую пленку на отражающую зеркальную поверхность (в данном случае на лист алюминия). Затем исследователи разместили готовый проектор в нескольких футах от пленки и проецировали изображения на каждый образец, включая букеты в стиле Липпмана.
Как они и подозревали, пленки создавали большие детализированные изображения в течение нескольких минут, а не дней, живо воспроизводя цвета исходных изображений.
Затем они сняли пленку с зеркала и прикрепили ее к черной эластичной силиконовой подложке для поддержки. Они растянули пленку и наблюдали изменение цвета — следствие структурного цвета материала: когда материал растягивается и истончается, его наноразмерные структуры перестраиваются, чтобы отражать немного разные длины волн, например, меняя цвет с красного на синий.
Команда обнаружила, что цвет пленки очень чувствителен к деформации. После изготовления полностью красной пленки они прикрепили ее к силиконовой подложке различной толщины. Там, где подложка была самой тонкой, пленка оставалась красной, тогда как более толстые участки натягивали пленку, заставляя ее становиться синей.
Точно так же они обнаружили, что вдавливание различных предметов в образцы красной пленки оставляет детализированные зеленые отпечатки, вызванные, скажем, семенами клубники и морщинами отпечатков пальцев.
Интересно, что они также могли проецировать скрытые изображения, наклоняя пленку под углом по отношению к падающему свету при создании цветных зеркал. Этот наклон по существу заставил наноструктуры материала отражать спектр света со смещением в красную сторону. Например, зеленый свет, используемый во время экспонирования и проявления материала, приведет к отражению красного света, а воздействие красного света создаст структуры, отражающие инфракрасное излучение — длину волны, невидимую для человека. Когда материал растягивается, это невидимое изображение меняет цвет и становится красным.
«Таким образом можно кодировать сообщения, — говорит Колле.
В целом, техника команды является первой, позволяющей крупномасштабное проецирование детализированных, структурно окрашенных материалов.
«Прелесть этой работы заключается в том, что они разработали простой, но чрезвычайно эффективный способ создания фотонных структур большой площади», — говорит Сильвия Виньолини, профессор химии и биоматериалов в Кембриджском университете, которая не участвовала в разработке. изучение. «Эта технология может изменить правила игры для покрытий и упаковки, а также для носимых устройств».
Действительно, Колле отмечает, что новые материалы, меняющие цвет, легко интегрируются в текстиль.
«Материалы Липпманна не позволили бы ему даже изготовить Speedo», — говорит он. «Теперь мы можем сделать полный купальник».
Помимо моды и текстиля, команда исследует такие области применения, как повязки, меняющие цвет, для использования в мониторинге уровней давления повязки при лечении таких заболеваний, как венозные язвы и некоторые лимфатические заболевания.
Это исследование было поддержано, в частности, Центром инноваций в области травматизма Джиллиан Рени Степпинг Стронг при больнице Бригама и женской больницы, Национальным научным фондом, Центром технологических инноваций Дешпанде Массачусетского технологического института, Samsung и посевным фондом MIT ME MathWorks.
Рекомендуем вам сайт про красивые места и фотографии https://vsegda-pomnim.com/.
[ad_2]