由鸟羽毛开发的新型多彩涂层

材料人注：薄薄的防刮膜可以使用随机的金属纳米结构产生彩虹般的颜色。日前，沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学（KAUST）的Andrea Fratalocchi与来自美国哈佛大学和瑞士苏黎世联邦理工学院的同事们由梅喉伞鸟的纳米多孔羽毛受到启发，开发出一种大规模的印刷技术，可以生产任何所需颜色的轻质和超耐磨涂层。这种结构产生颜色的方式，为“可编程”纳米材料的许多应用开辟了道路。

孔雀羽毛的耀眼色彩来自光与生物纳米结构的物理相互作用。 在Light：Science＆Applications的一篇新发表的论文中，研究人员称，利用这种称为结构着色的发现，开发出了一种大规模的印刷技术，可以生产任何所需颜色的轻质和超耐磨涂层。

科学家以往通过产生光子结构以影响诸如光纤通信的光应用上的行为。许多团队已经使用光子技术来产生可利用整个可见光谱的人工结构。然而，目前已证明将这种技术应用到实验室之外是很有挑战性的，因为光子纳米结构通常是脆弱的并且难以按照实际量生产。

现在，来自沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学（KAUST）的Andrea Fratalocchi与来自美国哈佛大学和瑞士苏黎世联邦理工学院的同事们一起使用湿化学技术来克服扩大光子颜色的困难。他们的灵感来自于梅喉伞鸟的纳米多孔羽毛。团队开始将铂-铝基合金溅射到目标表面上，然后利用称为脱合金的过程来溶解大部分铝并且诱导剩余的金属重组成具有开放纳米孔的凹凸网络。

接下来，研究人员在金属网络上沉积超薄的蓝宝石保护层，以保护表面并修改光与光子纳米孔相互作用的方式。令人惊奇的是，他们发现蓝宝石层的厚度的轻微变化，即从7nm到53nm变化，将产生显着的颜色变化——最初的透明膜逐步过渡为黄色，橙色，红色和蓝色。

Fratalocchi说：“在实验上控制这些颜色非常简单，使用涂层技术也是便宜且易于实施的。然而，了解复杂的光物质相互作用如何产生颜色尚需要几个月的工作。”

通过使用高级模拟，团队确定，当光照射金属并产生称为表面等离子体的波状实体时，颜色生成便开始了，然后被随机分布的孔捕获。这是涂层的折射率调制的结果。在纳米孔中产生介电常数接近零的区域，这导致波非常缓慢地传播。 添加蓝宝石膜会引起捕获光波的附加反射，并通过共振效应产生饱和色的流动。

Fratalocchi指出，这种结构产生颜色的方式为“可编程”纳米材料的许多应用开辟了道路。“想象一下，汽车上的划痕，可以用非常薄的材料重新涂漆，而不是用其他昂贵的程序。或者作为轻量级，免维护的方式涂装飞机。这项技术可能是一场真正的革命。” 他说。

原文链接：http://www.materialstoday.com/optical-materials/news/bird-feathers-inspire-novel-colourful-coating/

文献链接：http://phys.org/news/2016-11-color-changing-coatings-ready-big.html

本文由编辑部杨超提供素材，豆慧敏编译，点我加入材料人编辑部

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