Los investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han desarrollado películas flexibles que exhiben colores brillantes simplemente en virtud de su estructura física, sin necesidad de ningún pigmento. Cuando se estiran, las películas presentan un cambio de color como respuesta a la deformación mecánica. Estas películas se pueden aplicar en sensores de movimiento y hasta en pantallas reflectantes.
Los materiales con colores estructurales inspirados en la naturaleza han encontrado amplias aplicaciones en pantallas, dispositivos electrónicos portátiles, sensores visuales y etiquetas antifalsificación. En los últimos años, los científicos han intentado diseñar materiales que puedan cambiar de color en respuesta a un estímulo mecánico externo.
Para diseñar estas películas, el equipo ideó una técnica novedosa, rentable y escalable de un solo paso que implica la evaporación de galio metálico para formar partículas de tamaño nanométrico sobre un sustrato flexible. Su método permite la fabricación simultánea de múltiples colores estructurales que responden a estímulos mecánicos.
Uso del sustrato polidimetilsiloxano
El equipo del IISc comenzó a experimentar con galio, que no ha sido explorado para tales aplicaciones porque su alta tensión superficial dificulta la formación de nanopartículas. El galio es un metal líquido a temperatura ambiente y se ha demostrado que sus nanopartículas tienen fuertes interacciones con la radiación electromagnética. Para elaborar el nuevo material se ha desarrollado un proceso, para el que han utilizando las propiedades de un sustrato llamado polidimetilsiloxano (PDMS), un polímero biocompatible.
PDMS es un polímero que se obtiene mezclando dos componentes líquidos (un oligómero y un reticulante) que reaccionan entre sí para formar un polímero sólido. Lo que encontraron los investigadores es que la porción del oligómero que no reaccionó, que todavía está en estado líquido, jugó un papel crucial en la estabilización de la formación de nanopartículas de galio en el sustrato.
Cambio de color al estirar el sustrato
Gracias a este polímero, cuando el sustrato se estira, los oligómeros similares a líquidos se filtran en los espacios entre las nanopartículas, cambiando el tamaño del espacio y su interacción con la luz, lo que da como resultado el cambio de coloración observado. Para comprender el papel del sustrato en la generación del color, el equipo desarrolló un modelo matemático y las predicciones de este modelo se confirmaron en los experimentos realizados en el laboratorio.
Tras varias pruebas en las que se ajustaron la proporción entre el contenido de oligómero y el reticulante, los investigadores obtuvieron una gama de colores. Incluso después de 80.000 ciclos de estiramiento, el material pudo mostrar un cambio de color repetible, lo que indica su fiabilidad.
Las técnicas convencionales, como la litografía, utilizadas para fabricar dichos materiales implican muchos pasos y su ampliación es costosa. Para evitar esto, el equipo ideó una técnica de deposición física de vapor de un solo paso para evaporar el galio metálico líquido y depositarlo sobre el sustrato PDMS. Esto les permitió fabricar películas flexibles y estructuralmente coloreadas que medían aproximadamente la mitad del tamaño de la palma de la mano.