La revolución de los colores que no dependen de la química
Una nueva forma de crear color utiliza la dispersión de luz de longitudes de onda específicas alrededor de diminutos cristales de silicio casi perfectamente redondos. Los colores así creados no se desvanecen, no dependen del ángulo de visión con el que los mire el observador y pueden aplicarse a superficies mediante impresión. El material tiene un bajo impacto medioambiental y biológico basta una capa extremadamente delgada de este material para conseguir la misma visibilidad que una capa más gruesa de una pintura convencional, lo que acarrea un importante ahorro en cantidad de material usado y potencialmente en coste económico del mismo.
Un objeto tiene color cuando refleja la luz de una longitud de onda específica.
Con los pigmentos tradicionales, esto ocurre porque las moléculas absorben otros colores de la luz. Sin embargo, con el paso del tiempo esta interacción hace que las moléculas se degraden y el color reflejado se desvanezca.
Los colores estructurales, en cambio, suelen surgir cuando la luz se refleja en nanoestructuras paralelas colocadas a la distancia justa para que solo se conserve la luz de determinadas longitudes de onda y se anulen las demás, con el resultado de que se refleja solo el color que vemos. Este fenómeno puede verse en las alas de las mariposas o en las plumas de los pavos reales, y tiene la ventaja de que los colores no se degradan. Pero desde el punto de vista industrial, las nanoestructuras ordenadas no se pueden aplicar mediante pintura ni impresión fácilmente, y el color percibido por el observador depende del ángulo de visión, lo que hace que el material sea iridiscente.
El equipo de Hiroshi Sugimoto y Minoru Fujii, de la Universidad de Kobe en Japón, ha estado desarrollando una estrategia totalmente nueva para producir colores. En trabajos anteriores, desde 2020, estos científicos fueron los primeros en lograr un control preciso del tamaño de las partículas para la interacción descrita con la luz y en desarrollar suspensiones coloidales de nanoesferas de silicio cristalinas. Estas nanoesferas de silicio individuales dispersan la luz en colores por el fenómeno de la «resonancia de Mie», lo que ha permitido al equipo crear «tintas» de colores. Gracias a la resonancia de Mie, las partículas esféricas de un tamaño comparable a la longitud de onda de la luz reflejan con especial intensidad esa longitud de onda. Esto significa que el color predominante que es reflejado por la suspensión o por el material fijado en una superficie y secado puede controlarse simplemente variando el tamaño de las nanoesferas.
En su más reciente avance dentro de esta línea de investigación y desarrollo, el equipo de Fujii, Sugimoto y Haruki Tanaka ha demostrado que una suspensión de tales nanoesferas puede aplicarse a superficies fácil y eficazmente, recubriendo el material subyacente con una clase de color estructural que no depende del ángulo de visión. Esto se debe a que el color no se produce por la interacción de la luz reflejada por estructuras vecinas, como ocurre con los colores estructurales tradicionales, sino por su dispersión altamente eficiente alrededor de las nano esferas individuales.
Otra ventaja es que una sola capa de nanoesferas de silicio distribuidas de tal modo que el grosor de la capa sea de tan solo entre 100 y 200 nanómetros es suficiente para que muestre un color intenso, y sin embargo pesa menos de medio gramo por metro cuadrado. Ello hace de estas nanoesferas de silicio una de las capas de color más ligeras del mundo.
El equipo de Fujii, Sugimoto y Tanaka expone los detalles técnicos de su último avance en la revista académica ACS Applied Nano Materials, bajo el título “Monolayer of Mie-Resonant Silicon Nanospheres for Structural Coloration”. (Fuente: NCYT de Amazings)
