Лазери, бои и соларни панели, вдъхновени от птичите пера 13.10 | 18:46

Учени от Университета Йейл изучават два типа миниатюрни наноструктури, срещани върху перата на птиците, които стоят в основата на ярките им окраски. Целта им е един ден да приложат триковете от природата за създаването на нови видове лазери, които могат да се сглобяват сами, и на практически вечни бои, пише PhysOrg.com.

Много от цветовете, които виждаме в природата, са създадени от видими само с електронен микроскоп наноструктури, които имат споосбността да отразяват светлината в строго определени дължини на вълната (цветове).

В някои случаи тези структури създават т.нар. иридесценция, при която цветовете се променят с промяната на ъгъла на наблюдение – също както променящите се цветове на дъгата, които виждаме върху сапунено мехурче. В други случаи обаче нюансите, произведени от тези структури, са стабилни и непроменими.

Механизмът, при който се създават независимите от положението на наблюдателя цветове, тормози учените вече 100 години.

Изследователите от Йейл разкрили тайната на перманентните цветове, след като увеличили многократно различни части от протеините, които ги изграждат. Така те установили, че тайната се крие в специфичната подредба на наноструктурите в малък обсег, която разсейва светлината в определени честоти.

Вдъхновени от откритието си, учените са създали два лазера, които използват тази последователност за ефективен контрол върху светлината. Единият модел лазер е базиран върху пера с миниатюрни сферични въздушни кухини, обгърнати от протеина бета-кератин.

Лазерът се състои от полупроводникова мембрана, пълна с малки въдушни дупчици, които хващат светлината в определени честоти. Впоследствие вградените между дупките квантови точки я усилват и произвеждат кохерентен сноп светлина, характерен за лазерите.

Изследователите също така са създали мрежов лазер, използвайки серии от взаимосвързани наноканали, базирани на наблюденията си върху птичи пера, чиито протеини са приемали формата на свързващи канали.

И в двата случая изследователите можели да променят цветовете на лазера, сменяйки ширината на наноканалите или разстоянието между нанодупките.

Това, което прави този тип лазери различни от традиционните модели, е, че на теория те могат да се самосглобяват, благодарение на естествени процеси, подобни на формирането на газовите балончета в течност.

На практика това означава, че инженерите няма да имат грижи относно производството на наноструктурите в промишлени количества, което ще доведе до създаването на по-евтини, по-бързи и лесни за производство лазери и светлинни излъчватели.

Вдъхновената от природата технология може да бъде използвана и за по-ефективни соларни клетки, които могат да хванат в капан фотоните на слънчевата светлина и по-късно да ги преобразуват в електрони. Технологията може да намери приложение при създаването на дълготрайни бои, които да бъда използвани в козметиката и текстилната индустрия.

"Химичните багри винаги ще изсветляват с времето за разлика от "физичните" бои", казва водещата изследователка на проекта Хуи Као. Доказателство за думите ѝ е вкаменен фосил на бръмбар на възраст 40 милиона години, чиято окраска на основата на "физичните" багрила все още може да се види с просто око!