کاربردهای جدیدی ازفیلم های پلیمری اوپال

[AWWA]

دستيابي به كاربردهاي جديدي از فيلم‌هاي پليمري اوپال

تصور کنيد در هنگام تميز كردن يخچال خود، بتوانيد با يک نگاه به بسته‌بندي از تغيير رنگ بسته‌هاي مواد غذايي فاسد بودنشان را تشخيص دهيد، يا اينکه با دست کشيدن روي اسکناس و تغيير رنگ آن به تقلبي بودن آن پي ببريد.

اينها تنها دو مورد از کاربردهاي تجاري نويدبخش نوعي فيلم پلاستيکي انعطاف پذير جديد از نوع بلورهاي فوتونيکي است که گروهي از دانشمندان انگليسي و آلماني موفق به توليد آن شده‌اند و ترکيبي از بهترين خواص نوري طبيعي و مصنوعي را با هم دارند. آنها همانند ديگر اوپال‌هاي مصنوعي از ساختارهايي خودآرا برخوردار هستند؛ اما وجود برخي بي‌نظمي‌هاي قابل توجه که ناشي از کامل نبودن اين خودآرايي است و پراکندگي ذرات کوچک داخل آن، تأثير شديدي بر چگونگي عبور نور داشته و ممکن است متناسب با طول موج، اين نور در جهات کاملاً غير منتظره‌اي منعکس شود. .(opal درلغت به معناي شيشه شيري رنگ وتابش قوس وقزحي است)

بلورهاي فوتونيکي به‌دليل داشتن کاربردهاي عملي (بيش از همه در مخابرات فيبر نوري) و امکان جايگزيني بالقوه آنها به جاي رنگ‌هاي گران و سمي مورد استفاده در صنعت پوشاک و ساختمان، سال‌هاست که مورد توجه دانشمندان قرار داشته‌اند. رنگ اين فيلم‌هاي مصنوعي، وابستگي شديدي به زاويه ديد دارد؛ به‌طوري‌که اگر يک قطعه از اين بلورها را در دست نگه داريد تنها يک رنگ سفيد شيري قابل مشاهده است، مگر آنکه زاويه ديد خود را تغيير دهيد که به تبع آن رنگ مشاهده‌شده هم تغيير مي‌کند.

بلورهاي فوتونيکي در حالت عادي شفاف هستند؛ اما به ازاي زاويه ديدهاي مختلف تغيير رنگ مي‌دهند. ما نمونه‌هايي از اين پديده را در طبيعت هم شاهد هستيم که عبارتند از اوپال‌هاي طبيعي، بال پروانه‌ها، گونه‌هايي از حشرات سوسک‌مانند، و پر طاووس. در همه اين موارد يک ويژگي مشترک وجود دارد و آن آرايه‌هايي از حفره‌هاي بسيار ريز است که به شکلي مرتب مطابق با يک طرح خاص قرار گرفته‌اند.

تاکنون دانشمندان تصور مي‌کردند که در بلورهاي فوتونيکي طبيعي و مصنوعي با پديده يکساني مواجه هستند. به نظر آنها عامل اساسي در هر دو مورد ساختار شبکه بودکه باعث مي‌شد تا با تغيير زاويه بازتاب، رنگ مشاهده‌شده هم تغيير کند. با اين حال اخيرا ً محققان دريافته‌اند که در نوع طبيعي، نور به جاي منعکس شدن، پراکنده مي‌شود.

بر اين اساس محققان انگليسي با همکاري دانشمندان مرکز DKI آلمان، اوپال‌هايي پليمري به شکل آرايه‌هايي مرکب از کره‌هاي سه‌بعدي که نانوذرات کربني بسيار ريزي فاصله بين آنها را پر کرده، ساخته‌اند که هردو ويژگي را دارد.

به اين ترتيب نور تابيده‌شده علاوه بر بازتاب از فصل مشترک کره‌هاي پلاستيکي و مواد پيراموني، از سطح اين نانوذرات هم پراکنده مي‌شود و در نتيجه اگرچه اين فيلم‌ها فقط از ترکيبات شفاف و سياه بي‌ضرر براي محيط زيست ساخته شده‌اند؛ اما مي‌توان رنگ‌هاي مختلفي را در آنها مشاهده نمود، همچنين با کوچک يا بزرگ کردن کره‌ها مي‌توان اين مواد را طوري تنظيم نمود که فقط برخي فرکانس‌هاي نوري خاص را پراکنده کنند.

اين محققان فرايندي هم ابداع نموده‌اند که با استفاده از آن، مي‌توان اين فيلم‌هاي پليمري اوپال را با موفقيت به‌‌صورت لوله‌اي و طول زياد توليد کرد. اين فيلم‌ها کاملا ً انعطاف‌پذير بوده، در صورت کشيده شدن تغيير رنگ مي‌دهند؛ چرا که با کشيده شدن آنها، فاصله بين کره‌هاي تشکيل‌دهنده ساختار شبکه تغيير مي‌کند و در نتيجه موجب تغيير رنگ آنها مي‌شود.

اين دو عامل باعث‌شده تا اين مواد براي کاربردهاي بالقوة زيادي از جمله بسته‌بندي مواد غذايي، تشخيص تقلبي بودن اسکناس و حتي امور دفاعي موادي ايده‌آل باشند. نتيجه اين تحقيقات در شماره 23 جولاي Optics Express (نشريه انجمن اپتيک آمريکا) با عنوان "Nanoparticle-tuned structural color from polymer opals" به چاپ رسيده‌است.

منبع:www.nano.ir