Используя настольный лазер, ученые-оптики Рочестерского университета превратили чистый алюминий в золото. И синий. И серый. И многие другие цвета. И это работает для каждого протестированного металла, включая платину, титан, вольфрам, серебро и золото.
Чунлей Го, исследователь, который год назад использовал интенсивный лазерный свет, чтобы изменить свойства различных металлов, чтобы сделать их черными как смоль, продвинул тот же процесс дальше в статье, опубликованной в сегодняшнем выпуске Applied Physics Letters. Теперь он считает, что можно изменить свойства любого металла, придав ему любой цвет, даже разноцветную радужность, как крылья бабочки.
Поскольку этот процесс изменяет внутренние свойства поверхности самого металла, а не является просто покрытием, цвет не тускнеет и не отслаивается, говорит Го, доцент кафедры оптики Института оптики Университета Рочестера.. Он предполагает, что возможности безграничны: велосипедная фабрика, использующая один лазер для производства велосипедов разных цветов; выгравировать полноцветную семейную фотографию на дверце холодильника; или сделать предложение с золотым обручальным кольцом, которое подходит к голубым глазам вашей невесты.
"С момента открытия черного металла мы были полны решимости получить полный контроль над тем, чтобы заставить металлы отражать только определенный цвет и поглощать остальные, и теперь мы, наконец, можем заставить металл отражать практически любой цвет, какой пожелаем. ", - говорит Гуо. «Когда мы впервые обнаружили процесс получения золотого цвета, мы не могли в это поверить. Мы работали в лаборатории до полуночи, пытаясь выяснить, какие еще цвета мы могли бы получить».
Го и его ассистент Анатолий Воробьев используют невероятно короткий, но невероятно интенсивный лазерный импульс, который изменяет поверхность металла, формируя наноразмерные и микроразмерные структуры, которые выборочно отражают определенный цвет, чтобы создать видимость определенного цвета или сочетания цветов.
Исследование окраски металлов следует за прорывным открытием Гуо «черного металла» в конце 2006 года, когда его исследовательская группа смогла создать наноструктуры на металлических поверхностях, которые поглощали практически весь свет, превращая что-то такое простое, как обычный алюминий, в один из самых темных материалов, когда-либо созданных.
Черный металл Guo с очень высокими абсорбционными свойствами идеально подходит для любого применения, где требуется улавливание света. По его словам, потенциальные области применения варьируются от создания лучших коллекторов солнечной энергии до более продвинутых технологий невидимости. Сверхкраткий/ультраинтенсивный свет, который использует Гуо, создается фемтосекундным лазером, который производит импульсы длительностью всего несколько квадриллионных долей секунды. Фемтосекунда относится к секунде так же, как секунда к примерно 32 миллионам лет. Во время своего короткого импульса лазер Го высвобождает столько же энергии, сколько и вся электрическая сеть Северной Америки, и все это фокусируется на пятне размером с острие иглы.
Интенсивный взрыв заставляет поверхность металла формировать наноструктуры - ямки, глобулы и нити, которые по-разному реагируют на входящий свет в зависимости от того, как лазерный импульс формирует структуры. По словам Гуо, поскольку структуры меньше длины волны света, то, как они отражают свет, сильно зависит от их конкретного размера и формы. Изменение интенсивности лазера, длины импульса и количества импульсов позволяет Гуо контролировать конфигурацию наноструктур и, следовательно, контролировать, какой цвет отражает металл.
Гуо и Воробьев также добиваются переливчатой окраски, создавая микромасштабные линии, покрытые наноструктурами. Линии, расположенные правильными рядами, заставляют отраженный свет с разными длинами волн по-разному интерферировать в разных направлениях. В результате получается кусок металла, который может казаться сплошным пурпурным с одного направления и серым с другого или иметь несколько цветов одновременно.
Чтобы изменить область металла размером с десятицентовую монету, в настоящее время требуется 30 минут или больше, но исследователи работают над совершенствованием техники. К счастью, несмотря на невероятную мощность, фемтосекундный лазер может питаться от простой настенной розетки, а это означает, что когда процесс будет усовершенствован, его реализация должна быть относительно простой.
Новый процесс работал со всеми металлами, которые пробовал Гуо, и результаты настолько стабильны, что он считает, что он будет работать для всех известных металлов. Его команда в настоящее время работает над тем, чтобы найти правильную настройку для создания остальной части радуги для однотонного металла, включая красный и зеленый.