|
تصور کنید در هنگام تمیز کردن یخچال خود، بتوانید با یک نگاه به بسته‌بندی از
تغییر رنگ بسته‌های مواد غذایی فاسد بودنشان را تشخیص دهید، یا اینکه با دست کشیدن
روی اسکناس و تغییر رنگ آن به تقلبی بودن آن پی ببرید.
اینها تنها دو مورد از کاربردهای تجاری نویدبخش نوعی فیلم پلاستیکی انعطاف پذیر
جدید از نوع بلورهای فوتونیکی است که گروهی از دانشمندان انگلیسی و آلمانی موفق به
تولید آن شده‌اند و ترکیبی از بهترین خواص نوری طبیعی و مصنوعی را با هم دارند.
آنها همانند دیگر اوپال‌های مصنوعی از ساختارهایی خودآرا برخوردار هستند؛ اما وجود
برخی بی‌نظمی‌های قابل توجه که ناشی از کامل نبودن این خودآرایی است و پراکندگی
ذرات کوچک داخل آن، تأثیر شدیدی بر چگونگی عبور نور داشته و ممکن است متناسب با طول
موج، این نور در جهات کاملاً غیر منتظره‌ای منعکس شود.
بلورهای فوتونیکی به‌دلیل داشتن کاربردهای عملی (بیش از همه در مخابرات فیبر نوری)
و امکان جایگزینی بالقوه آنها به جای رنگ‌های گران و سمی مورد استفاده در صنعت
پوشاک و ساختمان، سال‌هاست که مورد توجه دانشمندان قرار داشته‌اند. رنگ این فیلم‌های
مصنوعی، وابستگی شدیدی به زاویه دید دارد؛ به‌طوری‌که اگر یک قطعه از این بلورها را
در دست نگه دارید تنها یک رنگ سفید شیری قابل مشاهده است، مگر آنکه زاویه دید خود
را تغییر دهید که به تبع آن رنگ مشاهده‌شده هم تغییر می‌کند.
بلورهای فوتونیکی در حالت عادی شفاف هستند؛ اما به ازای زاویه دیدهای مختلف تغییر
رنگ می‌دهند. ما نمونه‌هایی از این پدیده را در طبیعت هم شاهد هستیم که عبارتند از
اوپال‌های طبیعی، بال پروانه‌ها، گونه‌هایی از حشرات سوسک‌مانند، و پر طاووس. در
همه این موارد یک ویژگی مشترک وجود دارد و آن آرایه‌هایی از حفره‌های بسیار ریز است
که به شکلی مرتب مطابق با یک طرح خاص قرار گرفته‌اند.
تاکنون دانشمندان تصور می‌کردند که در بلورهای فوتونیکی طبیعی و مصنوعی با پدیده
یکسانی مواجه هستند. به نظر آنها عامل اساسی در هر دو مورد ساختار شبکه بودکه باعث
می‌شد تا با تغییر زاویه بازتاب، رنگ مشاهده‌شده هم تغییر کند. با این حال اخیرا ً
محققان دریافته‌اند که در نوع طبیعی، نور به جای منعکس شدن، پراکنده می‌شود.
بر این اساس محققان انگلیسی با همکاری دانشمندان مرکز DKI آلمان، اوپال‌هایی پلیمری
به شکل آرایه‌هایی مرکب از کره‌های سه‌بعدی که نانوذرات کربنی بسیار ریزی فاصله بین
آنها را پر کرده، ساخته‌اند که هردو ویژگی را دارد.
به این ترتیب نور تابیده‌شده علاوه بر بازتاب از فصل مشترک کره‌های پلاستیکی و مواد
پیرامونی، از سطح این نانوذرات هم پراکنده می‌شود و در نتیجه اگرچه این فیلم‌ها فقط
از ترکیبات شفاف و سیاه بی‌ضرر برای محیط زیست ساخته شده‌اند؛ اما می‌توان رنگ‌های
مختلفی را در آنها مشاهده نمود، همچنین با کوچک یا بزرگ کردن کره‌ها می‌توان این
مواد را طوری تنظیم نمود که فقط برخی فرکانس‌های نوری خاص را پراکنده کنند.
این محققان فرایندی هم ابداع نموده‌اند که با استفاده از آن، می‌توان این فیلم‌های
پلیمری اوپال را با موفقیت به‌‌صورت لوله‌ای و طول زیاد تولید کرد. این فیلم‌ها
کاملا ً انعطافپذیر بوده، در صورت کشیده شدن تغییر رنگ می‌دهند؛ چرا که با کشیده
شدن آنها، فاصله بین کره‌های تشکیل‌دهنده ساختار شبکه تغییر می‌کند و در نتیجه موجب
تغییر رنگ آنها می‌شود.
این دو عامل باعث‌شده تا این مواد برای کاربردهای بالقوه زیادی از جمله بسته‌بندی
مواد غذایی، تشخیص تقلبی بودن اسکناس و حتی امور دفاعی موادی ایده‌آل باشند. نتیجه
این تحقیقات در شماره ۲۳ جولای Optics Express (نشریه انجمن اپتیک آمریکا) با عنوان
“Nanoparticle-tuned structural color from polymer opals” به چاپ رسیده‌است
|
