Иногда самые любопытные открытия случаются не по плану. Исследуя полимерные наноструктуры под сканирующим электронным микроскопом, учёные Стэнфордского университета заметили странное поведение нового материала: он не просто менял цвет, но и «перекраивал» собственную поверхность. Так родилась идея метаповерхности, способной по команде переключать внешний вид — словно кожа осьминога, играющего в камуфляж.
Метаповерхности — это искусственно созданные материалы с микроскопическими структурами, которые управляют светом и другими физическими свойствами. В данном случае речь идёт о полимере, уже известном по солнечным панелям и печатной электронике. Однако, получив особую наноструктуру, он приобрёл новые «таланты»: стал реагировать на жидкости, меняя одновременно и цвет, и текстуру.
По данным опубликованного исследования, это первый полимер, способный управляемо трансформировать оба параметра сразу. Ранее подобные эффекты удавалось наблюдать разве что в живой природе — у головоногих моллюсков, которые используют сложные узоры кожи для маскировки и общения.
Как материал меняет облик
Ключ к необычному поведению — в реакции полимера на воду. При контакте с влагой материал набухает, а его наноструктуры изменяют форму. Это влияет на то, как поверхность рассеивает свет, и мы видим иной цвет и иной характер блеска — от глянцевого до матового.
Самое интересное, что процесс обратим. Достаточно обработать поверхность другим жидким агентом, например спиртосодержащим растворителем, — и полимер возвращается к исходному состоянию. Никаких необратимых деформаций, всё как по щелчку.
Случайная находка
Открытие началось почти случайно. Исследователи использовали технологию электронной литографии — метод, заимствованный из полупроводниковой промышленности, где электронный луч «рисует» узоры на материалах с нанометровой точностью. В процессе инженеры заметили: облучение меняет способность полимера поглощать жидкости.
Когда образцы рассмотрели под электронным микроскопом, стало ясно — вместе с этим меняются и оптические свойства. Как отметил первый автор работы, аспирант Стэнфорда Сиддхарт Доши, команда поняла, что электронные лучи можно использовать для управления рельефом поверхности на чрезвычайно тонком уровне.
Зачем это нужно
Развивая находку, учёные создали микроскопические текстуры, которые по-разному рассеивают свет при добавлении воды. Это позволило получать поверхности с реалистичными визуальными эффектами, превосходящими по «живости» изображение на современных экранах смартфонов и мониторов.
Потенциальные области применения выглядят не менее впечатляюще: искусственная кожа для роботов, способная реагировать на окружающую среду, носимая электроника нового поколения, адаптивные покрытия и интерфейсы, которые буквально «чувствуют» прикосновение или влагу.
История стэнфордского полимера — хороший пример того, как случайность и внимательность исследователей могут привести к прорыву. Материал, вдохновлённый природой, но созданный методами микро- и наноинженерии, открывает дорогу к технологиям, где граница между живым и искусственным становится всё тоньше. Возможно, в будущем поверхности вокруг нас будут менять облик так же легко, как осьминог меняет цвет кожи.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
