高感度なカラーフィルターになるゲルを開発(Novel Gel Proves Itself to Be Highly Tunable Color Filter)

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NISTの中性子研究により、ゲルが光を精密にフィルターする異常な能力の秘密が明らかになりました。 Neutron research at NIST reveals the secret to a gel’s unusual ability to precisely filter light.

2022-06-27 アメリカ国立標準技術研究所(NIST)

研究チームが「SeedGel」と呼ぶこの材料は、すでに多目的ツールとして有望視されており、電池から水フィルター、組織工学まで幅広い応用が期待されている。今回、研究チームが『Nature Communications』誌に発表した論文は、このゲルの温度感受性光フィルターとしての新発見に焦点を当てたものである。ゲルに白色光を当てると、ゲルの温度に応じて、特定の波長または色だけがゲルを通過する。10分の1以下の温度変化で、可視光域から紫外線、赤外線まで、あらゆる波長が変化するのだ。
このゲルは、特定の波長の光に対する温度感受性ゲートとして機能する。
このゲルは、水と液体溶媒にシリカナノ粒子を加えた透明な液体から始まります。これをある温度まで加熱すると、液体とナノ粒子は物理的なゲルを形成し、最初は透明なままだが、異なる内部構造を持つようになる。液体は形のない液体ではなく、微細な溝を形成し、その中にナノ粒子が閉じ込められている。
このジェルを特定の温度域で加熱すると、新たに発見された効果が現れる。最初は短い波長の青色を通し、次第に長い波長の赤色を通すようになるのだ。そして、この温度範囲を超えると、すべての可視光線に対して不透明になる。

<関連情報>

二連続マイクロメートルドメインを用いたきめ細かな動的着色法 Finely tunable dynamical coloration using bicontinuous micrometer-domains

Yuyin Xi,Fan Zhang,Yuanchi Ma,Vivek M. Prabhu & Yun Liu
Nature Communications  Published:DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-31020-0

Abstract

Nanostructures similar to those found in the vividly blue wings of Morpho butterflies and colorful photonic crystals enable structural color through constructive interference of light waves. Different from commonly studied structure-colored materials using periodic structures to manipulate optical properties, we report a previously unrecognized approach to precisely control the structural color and light transmission via a novel photonic colloidal gel without long-range order. Nanoparticles in this gel form micrometer-sized bicontinuous domains driven by the microphase separation of binary solvents. This approach enables dynamic coloration with a precise wavelength selectivity over a broad range of wavelengths extended well beyond the visible light that is not achievable with traditional methods. The dynamic wavelength selectivity is thermally tunable, reversible, and the material fabrication is easily scalable.

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