Ученые создали полимерные частицы, имитирующие радужное сияние опала
(Сверху) Схематическая иллюстрация процесса изготовления пористых микрочастиц из эмульсий TDE-in-water с использованием микрофлюидного устройства с фокусировкой потока. (Слева) Амфифильные линейные блок-сополимеры самоорганизуются в инверсные фотонные стеклянные шарики с полной окраской в видимом диапазоне. (Справа) Изображение объемной суспензии каждой фотонной частицы при солнечном свете. Автор: Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202511262
Исследовательская группа из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) разработала новый метод синтеза полимерных частиц, которые имитируют потрясающее радужное сияние драгоценных опалов. Этот инновационный подход использует наноструктурированные пористые микрочастицы, состоящие из линейных блок-сополимеров, предлагая устойчивую и масштабируемую альтернативу традиционным красителям и пигментам.
Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie International Edition.
Опалы известны своим завораживающим, меняющим цвет внешним видом, который возникает благодаря их уникальной внутренней наноструктуре из кремнеземных сфер, расположенных в определенном порядке.
Вдохновившись этой природной архитектурой, профессор Кан Хи Ку и ее исследовательская группа из Школы энергетики и химической инженерии UNIST использовали амфифильные линейные блок-сополимеры — конкретно поли(стирол-блок-4-винилпиридин) (PS-b-P4VP) — для создания инверсных фотонных стеклянных микрочастиц с яркими цветами, не зависящими от угла обзора.
Эти частицы содержат нанопоры, расположенные в полимерной матрице, что позволяет производить структурно окрашенные пигменты без использования химических красителей, которые со временем выцветают.
Ключевая инновация заключается в масштабируемом процессе эмульсионного темплитирования, который вызывает инфильтрацию воды на границе раздела фаз, формируя наномасштабные водные домены внутри органической фазы. По мере испарения растворителя эти домены затвердевают в пористые наноструктурированные частицы, напоминающие инверсное расположение кремнеземных сфер в природном опале.
Полученные микрочастицы имеют размер примерно в десятки микрометров, с внутренней пористой структурой, которая в сотни раз меньше, эффективно контролируя их оптические свойства.
Этот процесс использует принципы науки о границах раздела, где вода проникает в полимерные частицы через явления поверхностной неустойчивости. Внешняя оболочка частиц состоит из полистирола, который является гидрофобным и предотвращает проникновение воды, в то время как внутренняя структура управляется характеристиками самоорганизации блок-сополимера.
Отличный химический состав блоков позволяет точно настраивать размер пор, толщину оболочки и, следовательно, видимый цветовой выход во всем спектре.
Примечательно, что произведенные пигменты демонстрируют постоянный цвет независимо от угла обзора — значительное преимущество по сравнению с природным опалом, который показывает вариации цвета в зависимости от угла наблюдения.
Исследователи продемонстрировали универсальный контроль цвета, регулируя типы поверхностно-активных веществ, молекулярные массы и химические модификации сополимеров. Они также успешно диспергировали эти частицы в гидрогели с высоким содержанием влаги для изготовления оптических чернил, способных создавать сложные печатные узоры с помощью стандартных методов печати.
Профессор Ку прокомментировала:
«Используя относительно простые структуры линейных блок-сополимеров, мы разработали универсальную платформу для генерации ярких структурных цветов, не зависящих от угла. Эта технология перспективна для применений в дисплеях, защитных элементах и функциональных покрытиях».
Интересный факт: природные опалы ценятся за свою «игру цвета» — оптическое явление, вызванное дифракцией света на упорядоченных массивах кремнеземных сфер. Новые синтетические частицы не только воспроизводят этот эффект, но и превосходят его по стабильности цвета, открывая возможности для создания долговечных красок, защитных голограмм на банкнотах и даже «умных» материалов, меняющих цвет в ответ на внешние стимулы.
0 комментариев