(Nanowerk Nieuws) Kleur deze wetenschappers blij. Een exotische gel die ze aan het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben bestudeerd, heeft een onverwachte eigenschap: de temperatuur van het materiaal bepaalt welke kleur licht er doorheen kan. Het materiaal, dat het onderzoeksteam ‘SeedGel’ noemt, is al veelbelovend gebleken als multifunctioneel hulpmiddel, met toepassingen variërend van batterijen tot waterfilters en weefselmanipulatie. Het nieuwe artikel van het team, dat verschijnt in Nature Communications (“Fijn afstembare dynamische kleuring met behulp van bicontinue micrometerdomeinen”), benadrukt het nieuwe vermogen van de gel als temperatuurgevoelig lichtfilter. Schijn wit licht op de gel, en afhankelijk van de temperatuur van de gel zal er alleen een specifieke golflengte of kleur doorheen gaan. Een temperatuurverandering van minder dan een tiende graad Celsius kan voldoende zijn om de toegestane golflengte te veranderen, die elke kleur in het zichtbare bereik kan hebben, evenals delen van het ultraviolet en infrarood. De SeedGel kan functioneren als een temperatuurgevoelige poort voor een bepaalde golflengte van licht. Hier zien we een weergave van het licht dat door de gel gaat. Terwijl het door een specifiek temperatuurbereik wordt verwarmd, wordt de gel eerst ondoorzichtig voor alle kleuren behalve individuele kleuren. Als de hitte vervolgens stijgt, laat het eerst kortere, blauwere golflengten door, en vervolgens steeds langere, rodere golflengten. Uiteindelijk, zodra het temperatuurbereik wordt overschreden, wordt de gel opnieuw ondoorzichtig voor al het zichtbare licht. (Afbeelding: N. Hanacek/NIST) “Onze vorig werk toonde aan dat de SeedGel kan transformeren van helder naar ondoorzichtig en weer terug, maar we hebben niet onderzocht wat het met kleur kan doen”, zegt Yun Liu, die zowel wetenschapper is bij het NIST Center for Neutron Research (NCNR) als professor bij de Universiteit van Delaware. “Het vermogen om kleur nauwkeurig te controleren was een nieuwe ontdekking.” De creatie van het team onderscheidt zich van anderen die misschien bekend zijn op de markt. Verwar het niet met een sfeerring, waarvan de thermochrome vloeibare kristallen van kleur veranderen met de temperatuur. Het is ook geen variatie op meekleurende zonnebrillenglazen, die donkerder worden bij blootstelling aan ultraviolette straling. In plaats daarvan functioneert de gel als een temperatuurgevoelige poort voor een bepaalde golflengte van licht. Hun gel begint als een transparante vloeistof gemaakt van water en vloeibare oplosmiddelen waaraan silica-nanodeeltjes zijn toegevoegd. Als dit mengsel tot een bepaalde temperatuur wordt verwarmd, vormen de vloeistoffen en nanodeeltjes een fysieke gel die aanvankelijk transparant blijft maar nu een andere interne structuur heeft. In plaats van een vormloze vloeistof vormen de vloeistoffen in elkaar grijpende microscopische kanalen, waarbij de nanodeeltjes in één ervan opgesloten zitten. Terwijl het wordt verwarmd via een specifiek bereik van hogere temperaturen, treedt het nieuw ontdekte effect op: de gel wordt ondoorzichtig voor alle kleuren behalve individuele kleuren, waarbij eerst kortere, blauwere golflengten worden doorgelaten en vervolgens steeds langere, rodere golflengten. Uiteindelijk, zodra dit temperatuurbereik wordt overschreden, wordt de gel ondoorzichtig voor al het zichtbare licht. Neutronenverstrooiingsexperimenten uitgevoerd bij de NCNR verklaren dit ongebruikelijke gedrag. Het veranderen van de temperatuur veroorzaakt een uitwisseling van vloeibare moleculen tussen de microscopische kanalen, waardoor de algehele brekingsindex van deze kanalen verandert. Er komt één golflengte licht door, maar andere kleuren worden verstrooid. Het gedrag is een voorbeeld van het Christiansen-effect, dat in 1884 werd geïdentificeerd. Er bestaan ​​filters die afhankelijk zijn van het Christiansen-effect, maar de onderzoekers geven aan dat hun nieuwe gel duidelijke voordelen biedt voor de industrie: niet alleen is hun gel gevoeliger voor temperatuurveranderingen , maar het potentiële temperatuurbereik waarbij het werkt is groter, omdat het kan worden aangepast tussen 15 en 100 graden Celsius. Het kan worden afgestemd om een ​​breed scala aan golflengten te bestrijken, mogelijk van ultraviolet (van iets minder dan 400 nanometer) tot nabij-infrarood (tot 2500 nanometer). En het laat meer licht door dan typische Christiansen-filters. Omdat de gel – ongeacht aanpassingen – is gemaakt van goedkope, gemakkelijk verkrijgbare materialen, biedt deze voordelen voor de industrie, zegt Yuyin Xi, een teamlid van de Universiteit van Delaware. “De aanpak is veelzijdig en goed afstembaar, en het productieproces kan eenvoudig worden opgeschaald”, zei hij. “Het is een veelbelovende kandidaat voor gebruik in een reeks slimme optische apparaten en nieuwe materiaalklassen met kleurtoepassingen.”