I tiotusentals år har människor har skapat färger genom enkel kemi. Först använde vi färgämnen som finns i naturen som bär och kol. Senare, nya pigment syntetiserades i labbet.

Vid det här laget, du kanske tror att forskare skulle ha kommit på alla möjliga färger, men de fortsätter faktiskt att uppfinnas för att möta nya utmaningar:tankar behöver bättre kamouflage, speglar måste vara ljusare, och satelliter behöver nya ljusabsorberande ytor för att kunna kika längre ut i rymden.

Idag använder forskare fysik för att uppfinna nya färger, inspirerad kanske av de iriserande nyanserna som skapats av strukturer i fjärilsvingar som sprider ljus.

Dessa nya strukturfärger är resultatet av en interaktion mellan ljus och nanoskala funktioner som är många gånger tunnare än människohår.

Att hitta på färger är nu en spännande kombination av kemi tillsammans med nya material och strukturer.

Historien om Vantablack

Vantablack är ett känt exempel på färg skapad genom struktur.

Forskare vid Surrey NanoSystems i Storbritannien lanserade "Vantablack" 2014. Tillverkade av packade vertikalt inriktade små kolrör, rörens struktur och placering förbättrar kolens naturliga svarta natur ytterligare, låter den fånga 99,96% av ljuset.

För att sätta detta i perspektiv, om du tänker på en skog av träd ungefär en meter i diameter, då skulle dessa träd skala till cirka en kilometer höga. Ljus som faller på denna mycket höga skogsrör studsar runt och absorberas nästan perfekt.

Flera forskargrupper inklusive NASA har fokuserat på liknande ansträngningar för att uppnå det "svartaste svarta". Även om flera material kan användas för detta ändamål, inklusive guld nanopartiklar och stavar, det verkar som att kolnanorörbeläggningar är det mest effektiva alternativet.

Även om det inte är lika absorberande av ljus, naturen har sin egen version av Vantablack. Västafrikanska Gabons huggormars ryggskalor, några av de mörkaste som finns i naturen, har en specifik "bladliknande" struktur. Den använder sin svarta strukturfärg som en del av en genomarbetad kamouflage anpassad till sin skogsmiljö.

Varför behöver vi det "svartaste svarta"?

Strävan efter ett absolut svart material har drivits av ett behov av att helt absorbera ljusenergi och omvandla den till värme.

Känsligheten hos optiska instrument som kräver en minimal mängd strö eller oönskat ljus, såsom teleskop, kunde förbättras kraftigt med tillägg av Vantablack-belagda ytor i deras optiska system, till exempel. Detta kan möjliggöra observation av svagare stjärnor.

I infraröda eller termiska sensorsystem, dess användning kan också förbättra signal-brusförhållandet och resultera i bättre upplösning vid värmedetektering. Eftersom material som Vantablack absorberar nästan allt ljus, andra möjliga tillämpningar kan ligga i termiska insamlingssystem som solpaneler.

Beläggningen är relativt ömtålig, dock, och måste vanligtvis skyddas eller inneslutas i ett instrument.

Uppfattning och reflektion

Vi ser färger eftersom ljuset reflekteras från vår omgivning. Det är ganska störande att titta på en Vantablack -yta, trots allt, eftersom bristen på ljusreflektion ger en känsla av tomhet som är svår för hjärnan att bearbeta.

Whist Vantablack absorberar ljus, i vissa applikationer, som speglar, vi vill att de ska reflektera allt möjligt ljus.

Speglar för koncentrerade solapplikationer behöver mycket reflekterande beläggningar för att reflektera allt ljus och koncentrera solens energi till en enda punkt för att skapa värme. Den värmen kan sedan användas för att generera el.

Vi utvecklar också visuella effekter för fordonsbruk genom att bädda in mikropartiklar i beläggningar, skapa en satin eller lågblank plastbeklädnad. Dessa mikropartiklar är gjorda av glas och sprider det inkommande ljuset, studsar runt lagret är de inbäddade i och ger upphov till en enhetlig satineffekt.

Traditionellt, detta skulle ha gjorts med galvanisering, en process där metaller avsätts på en yta från flytande metallsaltbad. Denna alternativa teknik undviker de cancerframkallande materialen som används vid galvanisering för att leverera liknande prestanda men med få miljöproblem.

Nya färger kan också uppnås genom skiktmaterial med olika brytningsindex - ett mått på ett materials förmåga att böja ljus. När du staplar ett antal lager med olika brytningsindex ovanpå varandra och kontrollerar deras tjocklek, du kan producera störningar. Detta är samma fenomen som när du ser en oljefläck på vatten.

Men, som vanligt, naturen har kommit dit först. Reflekterande strukturell färg kan hittas på skalorna på Sardina pilchardus , annars känd som den ödmjuka europeiska sardinen.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.