Creare colori con i magneti

Un materiale sviluppato dai ricercatori dell'Università della California, Riverside può assumere qualsiasi colore dell'arcobaleno, semplicemente cambiando la distanza tra il materiale e un magnete. Potrebbe essere utilizzato in sensori o, incapsulato in microcapsule, in poster riscrivibili o altri display a colori di grandi dimensioni.

ruggine arcobaleno: Una soluzione di particelle nanoscopiche di ossido di ferro cambia colore quando un magnete si avvicina, provocando il riordino delle particelle. Il colore cambia dal rosso al blu all'aumentare della forza del campo magnetico.

I ricercatori hanno realizzato il materiale utilizzando un metodo ad alta temperatura per sintetizzare particelle cristalline su scala nanometrica di magnetite, una forma di ossido di ferro. Ogni particella è stata realizzata con un diametro di circa 10 nanometri perché, quando diventano molto più grandi di questo, le particelle di magnetite diventano magneti permanenti e quindi si raggruppano e cadono fuori dalla soluzione. Le particelle da 10 nanometri si raggruppano per formare ammassi sferici di dimensioni uniformi, ciascuno di circa 120 nanometri di diametro; nei test, questi cluster sono rimasti sospesi in soluzione per mesi.

Rivestendo questi cluster con un tensioattivo caricato elettricamente, i ricercatori fanno sì che i cluster si respingano l'un l'altro. Quando i ricercatori usano un magnete per contrastare le forze repellenti, gli ammassi si riorganizzano e si avvicinano, cambiando il colore della luce che riflettono. Più forte è il campo magnetico, più vicine sono le particelle, con il colore che cambia dall'estremità rossa dello spettro verso l'estremità blu, opposta, man mano che il magnete si avvicina al materiale. L'allontanamento del magnete consente alla carica elettrostatica di allontanare nuovamente le particelle, riportando il sistema alla sua condizione originale.

La bellezza di questo sistema è che è così semplice, dice Orlin Velev , professore di chimica e ingegneria biomolecolare presso la North Carolina State University. Può essere utilizzato su grandi aree perché è molto economico e molto facile da realizzare. Il lavoro è pubblicato nella prima edizione online della rivista chimica applicata .

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• Video della soluzione che cambia colore.

Un certo numero di altri ricercatori hanno sviluppato materiali che cambiano colore, alcuni dei quali sono controllati anche da forze magnetiche; altri usano forze elettriche o meccaniche. I ricercatori di Riverside, guidati da Yadong Yin , un professore di chimica, tuttavia, sono in grado di imballare molto più materiale magnetico per blocco di costruzione sferico che era possibile in precedenza. Sanford Asher , un professore di chimica e scienza dei materiali presso l'Università di Pittsburgh che ha incapsulato particelle di magnetite in sfere polimeriche, afferma che il nuovo approccio aumenta di cinque volte la quantità di materiale magnetico.

Di conseguenza, i nuovi materiali possono essere sintonizzati su un numero maggiore di colori rispetto ai materiali realizzati in precedenza. In effetti, Velev dello stato della Carolina del Nord, che lavora su materiali che cambiano colore in risposta a segnali elettronici, afferma di non conoscere nessun altro materiale in grado di assumere una gamma di colori così ampia.

I ricercatori di Riverside hanno scoperto che la lavorazione dei materiali ad alte temperature ha assicurato che le particelle da 10 nanometri si formassero con una struttura atomica cristallina. Ha anche causato il raggruppamento delle particelle per formare ammassi di dimensioni simili. Al contrario, la sintesi a temperatura ambiente più comunemente usata produce particelle che formano agglomerati irregolari. L'uniformità degli ammassi e la cristallinità delle particelle sembrano migliorare la risposta magnetica dei materiali, afferma Yin, sebbene lui ei suoi colleghi stiano ancora esaminando i meccanismi sottostanti coinvolti.

I materiali possono cambiare colore a una velocità di due volte al secondo, che è ancora troppo lenta per l'uso in TV e monitor di computer. Yin spera di aumentare ulteriormente le velocità di commutazione utilizzando quantità minori di materiale, forse in capsule microscopiche. Tali piccole quantità renderanno più facile presentare un campo magnetico uniforme all'intero campione, favorendo potenzialmente il riarrangiamento dei cluster. Inoltre, tali microcapsule potrebbero essere disposte per formare pixel in un display, come avviene ora con l'E-Ink, un tipo di carta elettronica utilizzata in alcuni lettori di libri elettronici e telefoni cellulari. (Vedi Una buona lettura.)

Ma anche con velocità più elevate, Yin non si aspetta che i materiali sostituiscano l'attuale tecnologia dei monitor per computer. Piuttosto, ha gli occhi puntati su applicazioni su larga scala che trarrebbero vantaggio dal basso costo dei materiali. Gli esempi potrebbero includere poster che possono essere riscritti ma non devono cambiare velocemente come le visualizzazioni di video.

Uno svantaggio significativo dei materiali attuali è che avrebbero bisogno di un'alimentazione costante per preservare il campo magnetico e mantenere le microcapsule a un colore prestabilito. Il prossimo passo di Yin è sviluppare una versione dei materiali che rimanga stabile dopo che il loro colore è cambiato, cioè fino a quando non vengono passati a un nuovo colore. Se questo è possibile, allora un poster potrebbe essere stampato con qualcosa come la testina di lettura e scrittura su un disco rigido, dice Yin. Conserverebbe l'immagine fino a quando non viene riscritta con un altro passaggio della testina di stampa, senza utilizzare alcun potere in mezzo.

In questa fase è divertente giocarci, dice Velev. Forse in fasi successive potrebbe essere utilizzato per qualche scopo decorativo, come la vernice che cambia colore, o alcuni nuovi tipi di etichette o tabelloni. In questo momento è un bellissimo pezzo di ricerca.

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