Большинство чистых металлов не могут порадовать нас разнообразием цветов и оттенков. Их электроны способны поглощать и испускать излучение практически во всем видимом диапазоне, а это значит, что для человеческого глаза металлы выглядят серыми или серебристыми. Очевидные исключения — золото и медь. Золото поглощает излучение синей части спектра, а медь — синей и зеленой, что придает им столь нехарактерные для металлов цвета.
Разноцветные металлы: Структурное окрашивание
Крошечный барельеф на поверхности позволяет окрасить металл практически в любой цвет, не меняя другие его свойства.
Довольно сложно получить другие цвета без использования покрытий, химического изменения поверхности металла или нанесения на его поверхность дифракционной решетки, дающей характерную интерференционную картину.
В 2008 году группе ученых удалось получить разнообразное окрашивание металлов, обработав их поверхность при помощи лазера (читайте об этом — «Алхимия 21 века»). А теперь есть и еще один способ, обнаруженный группой инженеров из Университета Саутгемптона под руководством Цзянфа Чжана (Jianfa Zhang): нанести на поверхность металла крошечные повторяющиеся узоры с помощью сфокусированного ионного пучка.
Элементы этого барельефа меньше, чем длина волны видимого излучения, что позволяет исключить влияние интерференции на цвет металла. Исследователи связывают появление окраски поверхности с эффектом плазмонного резонанса.
Похожую технологию ученые пытались использовать для создания «плащей-невидимок» (О, пожалуй, наиболее успешном проекте в этой области — мембране Metaflex, которая действует в видимом диапазоне, читайте — «Видимо? Невидимо!»). Путем создания на поверхности материала массива наноструктур с точно подобранными параметрами исследователи могут менять характер его взаимодействия с электромагнитным излучением. В случае «плаща-невидимки» изменяется рассеяние света, а для «окрашивания» металла необходимо изменить характер отражения и поглощения.
Структуры на поверхности металла имеют форму колец диаметром порядка 100 нм. Ученые рассчитали, что они могут придать золоту и алюминию практически любой цвет, и продемонстрировали это на примере золотой пленки. Изменение размера и глубины колец придает металлам различную окраску.
Технология примечательна тем, что она дает возможность изменять цвет металла, сохраняя прочие его свойства (электропроводность, твердость, блеск и другие). Чжан и его коллеги отметили пару возможных способов использования этого эффекта. Во-первых, сразу приходит в голову улучшение внешнего вида дорогостоящих товаров. Другими словами, «хай-тек» для ювелиров. Другое возможное применение структурного окрашивания металлов, учитывая трудность воспроизведения — защита от подделки банкнот, кредитных карт. Впрочем, это только самые очевидные из возможных вариантов использования технологии.
По сообщению Technology Review