Разработаны нановолокна, придающие материалам цвет без использования краски

Китайские исследователи из университета Сучоу (округ Сучжоу в провинции Цзянсу) под руководством физика и химика по полимерам Ке-Куин Жанга смогли таким образом изготовить нановолокна ^[1]латекса ^[2], что у них появились свойства «структурного цвета». Регулируя длину волокон, учёные добились передачи разных цветов. Если им удастся придать этим волокнам достаточную прочность, то в будущем можно будет выпускать разноцветные ткани без применения красителей.

Окраска тканей в современной лёгкой промышленности требует большого количества пигмента. В зависимости от цвета, пигмент может стоить достаточно дорого ^[3]. На покраску расходуется много воды и энергии, а отходы и выбрасываемые вещи могут загрязнять окружающую среду.

Эффект структурного цвета ^[4], или «схемохрома», придаёт видимый цвет поверхностям, которые не имеют реального пигмента. Из-за микроскопических особенностей строения поверхности свет, отражаясь от них, подвергается интерференции, вследствие чего изменяет свой цвет. Таким эффектом пользуются в природе павлины, некоторые птицы, бабочки и жуки, а как недавно выяснили учёные — частично и хамелеоны ^[5].

Этим же эффектом захотел воспользоваться и Ке-Куин Жанг для создания волокон. Они с коллегами начали синтезировать наночастицы одного размера из синтетического латекса на основе полистирола (P(St-MMA-AA)). Получаемые из этого материала наносферы учёные вводили в раствор поливинилового спирта ^[6](ПВС), а полученную вязкую жидкость забирали шприцом.

Затем при помощи «электропряжи ^[7]», процесса, при котором электрический заряд вытягивает волокна наноразмера из жидкости, учёные создали небольшие коврики, которые они затем постирали и высушили. Стирка смыла остатки ПВС, и глазам учёных предстали разноцветные маты, состоящие из волокон плотно упакованных наносфер.

Цвет ковриков зависит от размера наносфер. Их размер соотносится с длиной волны света, поэтому набор из одинаковых сфер отражает только свет с определённой длиной волны, давая практически чистый цвет. Сферы 220 нм дают зелёные волокна, 246 нм — красные, 280 нм — фиолетовые.

Правда, реальный цвет не получился чистым из-за рассеяния Ми — рассеяния света сферической частицей ^[8](по имени немецкого физика Густава Ми, который решил эту задачу в 1908 году). Если упаковать нановолокна в ровные стеклянные трубки, то они образуют геометрически более правильные структуры и паразитное рассеяние уменьшается.

Но главной проблемой остаётся механическая стойкость — полученные таким способов волокна диаметром 1.3 мкм недостаточно прочны для того, чтобы использовать их в одежде. Когда учёным удастся создать волокна достаточной прочности, их волокна несомненно найдут себе применение в самых разных областях промышленности.

Автор: SLY_G

Источник ^[9]