Färga dessa forskare glada. En exotisk gel som de studerade vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har en oväntad egenskap:Materialets temperatur avgör vilken ljusfärg som kan passera genom det.

Materialet, som forskargruppen kallar "SeedGel", har redan visat sig lovande som ett mångsidigt verktyg, med applikationer som sträcker sig från batterier till vattenfilter till vävnadsteknik. Teamets nya tidning, som visas i Nature Communications , framhäver gelens nyfunna förmåga som ett temperaturkänsligt ljusfilter. Lyser vitt ljus på gelén, och beroende på gelens temperatur kommer endast en specifik våglängd, eller färg, att passera genom den. En temperaturförändring på mindre än en tiondels grad Celsius kan räcka för att ändra den tillåtna våglängden, som kan vara vilken färg som helst i det synliga området samt delar av det ultravioletta och infraröda.

"Vårt tidigare arbete visade att SeedGel kan förvandlas från klar till ogenomskinlig och tillbaka igen, men vi har inte utforskat vad den kan göra med färg", säger Yun Liu, som båda är forskare vid NIST Center for Neutron Research (NCNR) och en professor vid University of Delaware. "Dess förmåga att kontrollera färg exakt var en ny upptäckt."

Teamets skapelse skiljer sig från andra som kan vara bekanta från marknaden. Förväxla det inte med en stämningsring, vars termokroma flytande kristaller ändrar färg med temperaturen. Det är inte heller en variant på fotokroma solglasögonlinser, som mörknar när de utsätts för ultravioletta strålar. Istället fungerar gelén som en temperaturkänslig port för en viss våglängd av ljus.

Deras gel börjar som en genomskinlig vätska gjord av vatten och flytande lösningsmedel med silikananopartiklar tillsatta. Om denna blandning värms upp till en viss temperatur kommer vätskorna och nanopartiklarna att bilda en fysisk gel som till en början förblir transparent men nu har en annan inre struktur. Istället för en formlös vätska bildar vätskorna sammankopplade mikroskopiska kanaler, med nanopartiklarna inneslutna i en av dem.

När den värms upp genom ett specifikt område av högre temperaturer uppträder den nyupptäckta effekten:Gelen blir ogenomskinlig för alla utom individuella färger, och låter först kortare, blåare våglängder passera, sedan gradvis längre, rödare våglängder. Så småningom, när detta temperaturintervall överskrids, blir gelén ogenomskinlig för allt synligt ljus.

Neutronspridningsexperiment utförda vid NCNR förklarar detta ovanliga beteende. Ändring av temperaturen orsakar ett utbyte av vätskemolekyler mellan de mikroskopiska kanalerna, vilket förändrar det totala brytningsindexet för dessa kanaler. En våglängd av ljus kommer igenom, men andra färger sprids.

Beteendet är ett exempel på Christiansen-effekten, som identifierades 1884. Filter som förlitar sig på Christiansen-effekten finns, men forskarna indikerar att deras nya gel erbjuder tydliga fördelar för industrin:inte bara är deras gel mer känslig för temperaturförändringar , men det potentiella temperaturintervallet som det fungerar vid är bredare, eftersom det kan anpassas till var som helst mellan 15 och 100 grader Celsius. Den kan ställas in för att täcka ett brett spektrum av våglängder, potentiellt från ultraviolett (från lite under 400 nanometer) till nära infrarött (upp till 2500 nanometer). Och det tillåter mer ljus att passera än vad typiska Christiansen-filter gör.

Eftersom gelén – oavsett anpassningar – är gjord av billiga, lättillgängliga material, erbjuder den fördelar för industrin, säger Yuyin Xi, en teammedlem från University of Delaware.

"Tillvägagångssättet är mångsidigt med stor avstämningsförmåga, och tillverkningsprocessen kan lätt skalas upp", sa han. "Det är en lovande kandidat för användning i en rad smarta optiska enheter och nya klasser av material som har färgtillämpningar." + Utforska vidare

Nanopartikelgel förenar olja och vatten i ett tillverkningsvänligt tillvägagångssätt