Bilim Adamları Yeni Renkleri Nasıl Keşfediyorlar?
Kral kelebekleri gibi kelebek kanatları, ‘’yapısal renkleri’’ yaratmaları için bilim insanlarına ilham kaynağı olmuştur. (Tea maeklong)
On binlerce yıl boyunca, insanlar basit bir kimya kullanarak renkleri yarattılar. İlk başta, etli ve zarlı kabuksuz meyveler ve kömür gibi doğada bulunan boyaları kullandılar. Daha sonra ise, laboratuvar ortamında yeni pigmentler sentezlendi.
Şimdiye kadar, bilim adamlarının mümkün olan bütün renkleri bulduğunu düşünebilirsiniz, ancak aslında onlar, daha iyi bir kamuflaja ihtiyacı olan tanklar, daha parlak aynalar gibi yeni ihtiyaçları karşılamak için yeni renkler türetmeye devam etmektedirler.
Bugün araştırmacılar, kelebeğin kanatlarındaki ışığı yansıtan yapılar tarafından oluşturulan pırıltılı gölgelerden ilham alan yeni renkleri yaratmak için fiziği kullanıyorlar.
Bu yeni yapısal renkler, ışık ve çoğu zaman insan saçından daha ince olan nano ölçekli özellikler arasındaki etkileşimin bir sonucudur.
Yeni renklerin keşfi, yeni malzemeler ve yapılar ile birlikte kimyanın heyecan verici kombinasyonudur.
(Mavi kelebek kanatları yapısal rengi gösterimi)
Vantablack’in Hikayesi
‘’Vantablack’’, yapı yoluyla oluşturulan ünlü bir örnektir. İngiltere’deki Surrey Nanosistemleri’ndeki bilim adamları, 2014 yılında Vantablack’i piyasaya sürdüler. Paketlenmiş dikey olarak hizalanan minik karbon tüplerinden üretilen tüplerin yapısı ve düzeni, ışığın %99,96’sını yakalamasına olanak sağlayarak karbonun natürel kara doğasını geliştirmektedir.
Buna farklı bir bakış açısıyla bakarsak, 1 metre çapında ağaçları olan bir orman düşünüldüğünde, bu ağaçlar yaklaşık 1 km yüksekliğinde ölçeklenirler. Bu çok yüksek tüp ormanının üzerine düşen ışık tüpler etrafında sıçrar ve neredeyse tamamen emilir.
NASA dahil olmak üzere pek çok araştırma grubu, ‘’en kara siyah’ı’’ (blackest black) elde edebilmek için benzer çabalar üzerine odaklanmışlardır. Bu amaçla, altın nano-parçacıklar ve çubuklar dahil olmak üzere çeşitli malzemeler kullanılabilirken, karbon nanotüp kaplamaları en verimli seçenek olarak görülmektedir.
Işığın absorblanması gibi olmasa da, doğanın kendi Vantablack versiyonu bulunmaktadır. Vahşi doğada bulunan en koyu renklerden biri olan Batı Afrika Gabon engerek yılanının sırt pulları spesifik ‘’yaprak benzeri’’ yapılara sahiptir. Bu yılan türü, siyah yapısal rengini orman habitatına adapte olmuş karmaşık bir kamuflaj olarak kullanmaktadır.
Batı Afrika Gabon engerek yılanının sırt pulları doğada en koyu olarak bulunan yapılardan biridir.
Neden ‘’En Kara Siyah’a’ (Blackest Black) İhtiyacımız Vardır ?
Mutlak bir siyah malzeme elde etme uğraşı, ışığı tamamen absorblama ve bunu ısıya dönüştürme ihtiyacından kaynaklanmaktadır.
Örneğin, az miktarda kaçak ışın ya da istenmeyen ışığa ihtiyaç duyan teleskop gibi optik cihazların hassasiyeti, optik sistemleri içine Vantablack kaplı yüzeylerin eklenmesiyle büyük ölçüde geliştirilebilir. Bu, sönük yıldızların gözlemlenebilmesini sağlayabilir.
İnfra-red ve termal sensör sistemlerinde Vantablack kullanımı, sinyal-gürültü oranını geliştirebilir ve ısı algılamada daha iyi çözünürlük elde edilebilir. Vantablack gibi malzemeler hemen hemen bütün ışığı emdiği için mümkün olan diğer uygulamalar güneş panelleri gibi termal toplama sistemlerinde bulunabilir.
Bununla birlikte, kaplama nispeten kırılgandır ve genellikle korunmaya ya da cihaz içerisinde kaplanmaya ihtiyacı vardır.
Algılama ve Yansıma
Işık, çevremizden yansıdığı için renkleri görebiliyoruz. Bir Vantablack yüzeye bakmak oldukça rahatsız edicidir, sonuçta, ışık yansımasının olmaması, beyin için yürütmesi zor olan boşluk algısı oluşturmaktadır.
Whist Vantablack tüm ışığı emmektedir, aynalar gibi bazı uygulamalarda ise tüm olası ışığı yansıtmalarını bekleriz.
Yoğun güneş uygulamaları için kullanılan aynalar, tüm ışığı yansıtmak ve ısı üretmek için güneş enerjisini tek bir noktaya yoğunlaştırmak için oldukça yansıtıcı kaplamalara ihtiyaç duymaktadır. Bu ısı daha sonra elektrik üretmek için kullanılabilir.
Ayrıca, kaplamaların içine mikro partiküller yerleştirerek, saten ya da düşük parlaklıkta plastik kaplamalar oluşturarak otomotiv kullanımı için görsel efektler geliştiriliyor. Bu mikro partiküller camdan oluşmaktadır ve gömüldükleri tabaka etrafında sıçrayarak ve düzgün bir saten etkisi oluşturarak gelen ışığı yansıtırlar.
Avrupa sardalyası pulları yansıtıcı yapısal renk olarak kullanılmaktadır. (Alexandra Tyukavina)
Bu geleneksel olarak, metallerin sıvı metal tuz banyolarından bir yüzey üzerine çökeltildiği bir proses olan elektrokaplama ile yapılabilirdi. Bu alternatif yöntem, benzer performansı sağlamak için elektrokaplamada kullanılan kanserli malzemeleri az miktarda çevresel soruna yol açarak önler.
Ayrıca yeni renkler, malzemelerin ışığı bükme kabiliyetinin ölçüsü olan farklı kırılma indisine sahip malzemelerin katlanması ile de elde edilebilir. Farklı kırılma indislerine sahip olan bir çok katman birbiri üzerine yığıldığında ve kalınlıkları kontrol edildiğinde, bir karışım elde edilebilir. Bu durum, su üzerinde görülen yağ tabakası ile benzer bir olgudur.
Fakat her zaman olduğu gibi, önce doğa her şeye sahip. Yansıtıcı yapısal renkler, mütevazı Avrupa sardalyası olarak da bilinen Sardina pilchardus pullarında bulunabilir.
Kaynak: phys.org
