Tyrėjai džiugina aukso spalvos aliuminiu, juoda platina ir mėlynu sidabru

Čiunlėjus Guo (Chunlei Guo) prieš metus intensyviu lazerio spinduliu sugebėjo pakeisti įvairių metalų spalvą – pavertė juos juodais kaip degutas. Vasario 1 d. „Applied Physics Letters“ išspausdintame straipsnyje mokslininkas jau įsitikinęs, kad bet kokį metalą galima nuspalvinti kokia tik nori spalva. Arba netgi išmarginti kaip velykinį margutį.

Kadangi tokio proceso metu yra keičiamos vidinės metalo paviršiaus savybės (tai nėra tik danga), spalva neišbluks ir nenusiskus. Pasak mokslininko, galimos šio reiškinio pritaikymo sritys yra begalinės. Gamykloje vienu lazeriu taptų įmanoma įvairiomis spalvomis padailinti gaminamus dviračius, graži spalvota šeimos fotografija papuoštų šaldytuvo dureles arba auksinis sužadėtuvių žiedas nutvikstų sužadėtinės akių spalva.

„Nuo tada, kai mums pasisekė su juoda spalva, nusprendėme išsiaiškinti, kaip priversti metalą atspindėti tiktai tam tikrą spalvą ir sugerti visas likusias. Dabar galiausiai galime priversti metalą atspindėti praktiškai bet kokią spalvą, – pasakoja asocijuotasis Ročesterio universiteto optikos profesorius Č. Guo. – Kai pirmiausia aptikome procesą, lemiantį auksinę spalvą, negalėjome tuo patikėti. Mes iki išnaktų dirbome laboratorijoje, mėgindami išsiaiškinti, kokias dar kitas spalvas galime išgauti“.

Č. Guo ir jo asistentas Anatolijus Vorobejevas (Anatoliy Vorobeyv) panaudojo labai trumpus, tačiau labai intensyvius lazerio impulsus, kurie paveikia metalo paviršių: suformuoja nano- ir mikrostruktūras, o šios atitinkamai atspindi norimas spalvas.

Metalų spalvinimo tyrimų pagrindu galima laikyti 2006 m. pabaigoje pasiektą persilaužimą, kai Č. Guo vadovaujamai mokslininkų grupei pasisekė atrasti „juodąjį metalą“, t. y., sukurti nanostruktūras ant metalo paviršiaus, kurios iš esmės sugėrė visą šviesą. Tuomet paprastas aliuminis tapo viena iš tamsiausių kada nors sukurtų medžiagų.

Toks tamsus metalas, pasižymintis ypatingomis sugerties savybėmis, yra idealus, pavyzdžiui, saulės elementams arba pažangioms slaptoms technologijoms.

Ultratrumpiems (kelių kvadrilijoninių sekundės dalių) ir ultraintensyviems impulsams sukurti teko panaudoti femtosekundinį lazerį. Femtosekundę palyginę su sekunde gautume maždaug tą patį, ką ir sekundę susieję su 32 mln. metų. Tokios trukmės lazerio impulso galia prilygsta apytiksliai visos Šiaurės Amerikos energetinės sistemos sukuriamai galiai, tiksliai sufokusuotai į vieną adatos galiuko dydžio taškelį.

Impulsas priverčia metalo paviršiuje susiformuoti nanostruktūras: duobeles, iškilimus ir vijas. Šie dariniai, priklausomai nuo to, kaip lazeris jas suformavo, skirtingai veikia šviesą. Kadangi jie yra mažesni už šviesos bangos ilgį, krentančios šviesos atspindys priklauso nuo darinių formos ir dydžio. Keisdami lazerio intensyvumą, impulsų trukmę ir jų skaičių, mokslininkai gali parinkti nanostruktūrų savybes, o tuo pačiu ir spalvą, kurią metalas atspindės.

Č. Guo ir A. Vorobejevui metalą pavyko nudažyti net vaivorykštės spalvomis. Tam prireikė mikroskopinių brūkšnelių, padengtų nanostruktūromis ir išdėstytų tvarkingomis eilėmis. Dėl šių brūkšnelių atspindėta skirtingų bangos ilgių šviesa skirtingomis kryptimis nevienodai interferuoja. Todėl paprastas metalas, jeigu žvelgsime į jį iš skirtingų kampų, gali atrodyti purpurinis, pilkas arba žėrėti visomis spalvomis vienu metu.

Nuspalvinti dešimties centų monetos metalo plotelį užtrunka apie 30 ar šiek tiek daugiau minučių, tačiau tyrėjai šią technologiją toliau tobulina. Laimei, nepaisant neįtikėtino impulsų intensyvumo, femtosekundiniui lazeriui užteks ir paprasto elektros tinklo maitinimo. Taigi galiausiai visas procesas bus gana paprastas.

Č. Guo atrastasis metodas kol kas tiko visiems bandytiems metalams (iliustracijoje pateikti: aukso spalvos platina, mėlynas titanas bei aukso spalvos aliuminis). Gauti rezultatai tokie pastovūs, jog mokslininkas įsitikinęs, kad neturėtų iškilti bėdų su apskritai visais žinomais metalais. Tyrėjai toliau darbuojasi bandydami surasti tinkamą nanostruktūrų konfigūraciją raudonai ir žaliai šviesai.

   

Facebook komentarai