Een flexibele film die van kleur verandert, geïnspireerd op de huid van een kameleon

Kameleons kunnen hun kleuren veranderen om zichzelf te camoufleren, te communiceren en hun temperatuur te regelen. Wetenschappers hebben geprobeerd deze kleurveranderende eigenschappen na te bootsen voor stealth-technologieën, maatregelen tegen namaak en elektronische displays, maar de materialen hebben beperkingen. Nu hebben onderzoekers een flexibele film ontwikkeld die van kleur verandert als reactie op uitrekking, druk of vochtigheid. Ze rapporteren hun resultaten in ACS toegepaste materialen en interfaces.

Door hun huid te spannen of te ontspannen, kunnen kameleons de manier waarop licht wordt gereflecteerd van guaninekristallen onder het oppervlak veranderen, wat bekend staat als structurele kleuring. Deze structurele kleuren verschillen van de pigmenten die veel andere wezens hun tinten geven. Wetenschappers hebben de kristallijne nanostructuren van kameleonhuid nagebootst in verschillende kleurveranderende materialen, maar ze zijn meestal moeilijk te produceren of ze zijn afhankelijk van niet-hernieuwbare aardoliebronnen. Cellulose-nanokristallen daarentegen zijn een hernieuwbaar materiaal dat zichzelf kan assembleren tot een film met iriserende structurele kleuren. De films zijn echter meestal kwetsbaar en kunnen, in tegenstelling tot kameleonhuid, niet worden uitgerekt zonder te breken. Fei Song, Yu-Zhong Wang en collega’s wilden een zeer flexibele film ontwikkelen, gemaakt van cellulose-nanokristallen die van kleur veranderen wanneer ze worden uitgerekt.

Om de flexibiliteit van cellulose-nanokristallen te vergroten, voegden de onderzoekers een polymeer toe genaamd PEGDA en gebruikten ze UV-licht om het te verknopen met de staafvormige nanokristallen, waardoor films werden geproduceerd met heldere iriserende kleuren variërend van blauw tot rood, afhankelijk van de hoeveelheid PEGDA. De films waren zowel sterk als flexibel en strekten zich tot 39% van hun oorspronkelijke lengte uit voordat ze breken. Tijdens het uitrekken veranderde de kleur van een film geleidelijk van rood naar groen, en veranderde vervolgens weer terug als hij ontspannen was. Volgens de onderzoekers is dit de eerste keer dat door rek- en ontspannende, omkeerbare structurele kleurveranderingen die met het blote oog helder en zichtbaar zijn, worden gerealiseerd voor cellulose-nanokristalmaterialen. De film veranderde ook van kleur onder invloed van druk en vochtigheid, waardoor het team het schrift van een inktloze pen kon tonen of verbergen. De nieuwe biogebaseerde slimme huid zou toepassingen kunnen vinden in spanningsdetectie, codering en maatregelen tegen namaak, zeggen de onderzoekers.