Dlaczego niebieski jest jednym z najjaśniejszych kolorów, jakie znajdujemy w naturze

Z ptasie pióra do skórki owocówświat przyrody ma dwa główne sposoby wyświetlania koloru: przez substancje pigmentowe które zapewniają selektywne wchłanianie koloru lub poprzez kolor strukturalny – wykorzystanie mikroskopijnych struktur do kontroli odbicia światła.

Teraz naukowcy opracowali model komputerowy, który wyjaśnia, dlaczego najjaśniejsze matowe kolory strukturalne w przyrodzie są prawie zawsze niebieskie i zielone: ​​ponieważ takie są granice koloru strukturalnego w widzialnym spektrum światła.

Oprócz lepszego zrozumienia, w jaki sposób w świecie przyrody powstają najjaśniejsze odcienie błękitu i zieleni, badania mogą być również ważne dla opracowania żywych, przyjaznych dla środowiska farb i powłok, które nie wyblakną z czasem ani nie będą uwalniać toksycznych chemikaliów.

„Oprócz ich intensywności i odporności na blaknięcie, matowa farba wykorzystująca kolor strukturalny byłaby również znacznie bardziej przyjazna dla środowiska, ponieważ nie byłyby potrzebne toksyczne barwniki i pigmenty”, mówi fizyk Gianni Jacucci z University of Cambridge w Wielkiej Brytanii.

„Jednak najpierw musimy zrozumieć, jakie są ograniczenia w odtwarzaniu tego typu kolorów, zanim będzie możliwe jakiekolwiek komercyjne zastosowanie”.

W przypadku koloru strukturalnego, nanoskala struktury na powierzchni decyduje o tym, jaki jest rzeczywisty kolor.

Czasami – jak na przykład pawie pióra – ten kolor może być opalizujący i zmieniać odcienie pod różnymi kątami i przy różnych światłach. Są one wytwarzane przez uporządkowane struktury krystaliczne.

Pawie pióra to klasyczny przykład barwy strukturalnej. (Tj Holowaychuk / Unsplash)

W przypadku innych struktur uzyskujesz matowy kolor, który nie zmienia się w wyniku nieuporządkowanych struktur; w naturze zaobserwowano to tylko w tworzeniu niebieskich i zielonych odcieni. Celem nowego badania było sprawdzenie, czy jest to nieodłączne ograniczenie wspomnianych konstrukcji.

Nowy model komputerowy, oparty na sztucznych materiałach zwanych szkłami fotonicznymi, pokazuje, że czerwień rzeczywiście nie wchodzi w zakres technik rozpraszania matowych kolorów strukturalnych: długofalowego obszaru widma widzialnego nie można łatwo odbić za pomocą technik te mikroskopijne struktury powierzchniowe.

„Ze względu na złożoną wzajemną zależność między rozpraszaniem pojedynczym i wielokrotnym, a także składki z rozpraszania skorelowanego, stwierdziliśmy, że oprócz koloru czerwonego, żółtego i pomarańczowego również trudno jest osiągnąć”, mówi chemik Silvia Vignoliniz Uniwersytetu Cambridge.

Na łóżeczkach śliwkowo-gardłowych występują wyraziste strukturalne matowe błękity. (redabbott / iNaturalist / CC-BY-NC)

Z tego powodu jasne, matowe czerwienie są produkowane przy użyciu naturalnych pigmentów, a nie koloru strukturalnego. Zespół uważa, że ​​ewolucja natury doprowadziła do różnych sposobów wytwarzania czerwonych kolorów ze względu na ograniczenia struktur leżących u ich podstaw.

Wiedza o tym, jak powstają te matowe kolory strukturalne, przybliży nas do wyprodukowania farb wolnych od pigmentów i barwników – znaczący krok naprzód w dziedzinie trwałych, przyjaznych dla środowiska materiałów do wielu zastosowań.

To jednak wciąż jest odległy i wygląda na to, że w przypadku czerwieni i pomarańczy potrzebne będzie inne podejście – inne rodzaje nanostruktur mogą być w stanie wykonać zadanie, po przeprowadzeniu bardziej szczegółowych badań nad nimi, ale na razie materiałoznawcy mają te same problemy, co świat przyrody.

„Kiedy próbowaliśmy sztucznie odtworzyć matową strukturalną barwę czerwieni lub pomarańczy, otrzymujemy wynik złej jakości, zarówno pod względem nasycenia, jak i czystości koloru”, mówi chemik Lukas Schertelz Uniwersytetu Cambridge.

Badania zostały opublikowane w PNAS.