Biomimetische tweekleurige domes programmeerbaar voor codering

Veel organismen in de natuur hebben vlekken ontwikkeld met twee structurele kleuren op hun lichaam, zoals de Papilio Palinurus-vlinder. De groene kleur op zijn vleugels komt voort uit de turkoois-gele tweekleurige vlekken.

Imitatie van dergelijke tweekleurige vlekken – die verband houden met camouflage, berichtbezorging en thermoregulatie bij deze soorten – heeft geleid tot ontwerpen van functionele materialen in veel industriële gebieden. De constructie van de tweekleurige vlekken heeft echter te lijden van gecompliceerde processen, dure apparatuur en meerdere vooraf ontworpen bouwstenen.

Onlangs heeft een groep onderzoekers een belangrijke doorbraak bereikt in het vervaardigen van tweekleurige koepels. Het team werd geleid door professor Anderson Shum van de afdeling Werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Hong Kong (HKU) en hun medewerkers, professor Yanlin Song en universitair hoofddocent Huizeng Li, van het laboratorium van de Green Printing in het Institute of Chemistry, Chinese Academie van Wetenschappen. Ze hebben een innovatieve strategie voorgesteld om verschillende nanostructuren zelf te assembleren in een éénpotsmethode met behulp van één type bouwsteen. Het werk is gepubliceerd in Nano-letters.

Het team van professor Shum ontdekte dat de verdamping van een waterig tweefasensysteem (ATPS) druppel de vloeistof-vloeistoffasescheiding zou kunnen veroorzaken om twee gescheiden membraanloze compartimentering te vormen, geassocieerd met niet-uniforme verdeling van opgeloste stoffen in verschillende fasen.

Door gebruik te maken van de verdeling van opgeloste stoffen in fasegescheiden ATPS-druppeltjes en de binnenstroom van de druppeltjes die verband houden met het droogproces, ontdekte het team dat nanodeeltjes van monoformaat niet-uniform verdeeld zouden zijn in twee fasen en zichzelf zouden assembleren tot fotonische kristallen met twee verschillende kleuren. De resulterende kleur is zeer programmeerbaar door de concentratie van de colloïden te regelen. Mogelijk gemaakt door de programmeerbare binaire kleurinformatie, werd codering met een hoog volume aan inhoud ontworpen door de onderzoekers, wat de mogelijke toepassing van de tweekleurige koepels in berichtcodering, opslag en bezorging aangeeft.

De betekenis van dit werk is niet beperkt tot de constructie van tweekleurige koepels. Het werk biedt een nieuwe benadering voor het construeren van inhomogene nanostructuren. Het is ook belangrijk voor het begrijpen van de fysieke principes die ten grondslag liggen aan het proces van niet-uniforme zelfassemblage, wat inspiratie zou opleveren voor de spontane constructie van geavanceerde inhomogene nanostructuren.