Färgbytet kan påverka vår uppfattning av objekt, användas för att varna oss mot faror eller faror, eller hjälpa till att spara energi. Ph.D. kandidat Weixin Zhang har utvecklat organiska "fotoniska" beläggningar som ändrar färg med förändrade temperaturer. Robusta smarta beläggningar tillverkades som enkelt kan bearbetas och visar ett snabbt färgförändrande svar på temperaturförändringar. Dessa beläggningar är lovande för en mängd olika applikationer som värmereglerande "smarta" fönster eller till och med interaktiva konstverk. Zhang disputerade vid avdelningen för kemiteknik och kemi den 1 september.

Kameleontinspiration

Adaptiva färgförändrande material är intressanta för visuellt igenkänning, uttryck av signaler, och estetik. Ett bra exempel från den naturliga världen av färganpassning kan ses med kameleonen, som är en art som kan ändra hudfärger till kamouflage och reglera kroppstemperaturen.

För hans forskning, Zhang tog inspiration från kameleonen för att utveckla syntetiska färgförändrande beläggningar som reagerar på olika våglängder. Den första beläggningen är temperaturkänslig vid synliga våglängder (mellan 400 och 700 nm), medan den andra är infraröd (mellan 700 och 2, 500 nm) reflekterande fotonisk beläggning.

Den infraröda beläggningen kan användas för att reglera infrarött ljusreflektion i ett fönster, som i sin tur kan användas för att hjälpa till med värmehantering inomhus. Betydande, detta kan uppnås utan att påverka utsikten genom fönstret med tanke på att de osynliga "strukturfärgerna" selektivt reflekterar infraröda våglängder.

Mer om fotoniska material

Zhangs beläggningar är i grunden baserade på fotoniska material, som har en periodisk nanostruktur som underlättar reflektion av specifika våglängder av ljus. Som ett resultat, strukturen verkar då ha den reflekterade färgen.

Viktigt, fotoniska material har viktiga fördelar jämfört med färgförändrande material som absorberingsbaserade färgämnen. Först, färgen som visas av ett fotoniskt material kan justeras exakt genom att modifiera materialets nanostruktur. Detta kan uppnås med minimala förändringar av själva den kemiska sammansättningen av själva materialet och gör det ganska enkelt att justera färgen på nanostrukturen över ett brett spektrum av våglängder.

Andra, med tanke på att de fotoniska materialen endast reflekterar ljus vid specifika våglängder, det är möjligt att producera material som är transparenta för synligt ljus, men kommer att reflektera längre våglängder som infraröd strålning.

Beläggningsmaterial

Under Zhangs forskning, en mängd olika adaptiva temperaturkänsliga fotoniska beläggningar tillverkades. Siloxanbaserade kolesteriska flytande kristallpolymerer syntetiserades och belades sedan på substrat med användning av en enkel filmapplikator. De resulterande fotoniska filmerna visar snabba och helt reversibla färgsvar på temperaturförändringar i omgivningen. Beläggningarna kan skalas upp, vilket gör dem intressanta att använda som temperaturindikatorer, interaktiva konstverk, och som infraröda selektiva reflekterande fönster för hem och andra byggnader.