yego.me
💡 Stop wasting time. Read Youtube instead of watch. Download Chrome Extension

Структурная окраска: цвет без пигментов и красителей [Veritasium]


4m read
·Nov 3, 2024

[музыка]

А вы знали, что прозрачную пластиковую плёнку можно сделать разноцветной без красителей и пигментов, просто проделав в нём дырки?

Сперва давайте поговорим про свет. Большинство из вас в курсе, что свет — это форма электромагнитного излучения. Но если подумать, это довольно необычное явление. Свет — это сочетание электрического и магнитного поля. Из-за электрического поля эти шарики отталкиваются друг от друга, а магнитное заставляет эти магниты наоборот притягиваться.

Но каким образом электрическое поле, для которого нужен заряд, и магнитное поле, для которого нужен магнит, можно объединить так, чтобы они смогли двигаться со скоростью света? Для этого электрическое и магнитное поле должны постоянно меняться, чего можно добиться, перемещая электроны в пространстве. Это вызывает колебания электрического и магнитного полей, которые перемещаются в пространстве в виде электромагнитной волны.

Какая будет длина у волны видимого спектра? Возьмём линейку и обратим внимание на отметку миллиметра. Теперь растянем миллиметр до 1 метра, далее разделим его на тысячу частей, или, иными словами, возьмём миллиметр от миллиметра, который далее поделим пополам. Это и будет длина волны зелёного света. Да, это маленькая величина, настолько как кажется, и природа придумала, как этим воспользоваться.

Поглядим на бабочку морфа Лида. Эта бабочка знаменита своими ярко-синими крыльями. Правда, пока не совсем ясно, зачем они ей: может, чтобы привлекать партнёра или что-то такое. Основная теория гласит, что дело напротив в хищниках. Она как бы предупреждает: "Ты знаешь, что я очень быстрая". Так что даже не пытайся поймать!

Тельным переливчатым окрасом бабочка обязана вовсе не пигменту. Всё дело в особом строении чешуек на крыльях. Рассмотрев их под микроскопом, мы увидим решётчатые структуры, похожие на кисточки для туши. Они удерживают часть спектра, отражая именно синий цвет. Но стоит взглянуть на бабочку против солнца, чтобы на переднюю поверхность крыльев свет не падал, именно синего как не бывало, и мы видим лишь бкю.

Оборотная сторона крыльев на самом деле почти прозрачные. Если свет не отражается, то и синего цвета тоже нет. Флинт и его коллеги пытаются использовать похожую технологию для разработки средств защиты на банкнотах, карточках и билетах. Перед вами кусок тонкого прозрачного пластика, в котором мы проделали малюсенькие дырочки, не больше 100 нанометра в глубину и столько же в диаметре. Каждая такая маленькая картинка содержит примерно 5 миллионов дырочек.

Эти отверстия создают что-то вроде решётки, и свет разного цвета отражается по-разному, из-за чего и получаются такие переливы. По своей сути это похоже на то, что происходит с мыльной плёнкой. Если внимательно её рассмотреть, мы заметим, что всех цветов радуги на ней не увидеть. Присутствует лишь голубой, пурпурный и жёлтый, и вот почему.

Всё дело в том, что некоторые цвета мыльная плёнка не отражает. На неё падает полный спектр, но она, в зависимости от толщины слоя, удерживает волны той или иной длины. Глядя на плёнку, мы видим смесь тех цветов, которые от неё отразились. Чтобы, к примеру, получился оттенок пурпурного, нам нужно убрать зелёный — тот цвет, который отражается от передней поверхности плёнки, интерферирует со светом, отражённым от задней поверхности. В данном случае волны длиной около 500 нанометров гасят друг друга, и исчезает из отражённого спектра.

До нас доходит всё остальное свет с длиной волны меньше или больше длины волны зелёного. Их сочетание даст красивый пурпурный цвет. Мы пытаемся повторить природные структуры, но при этом учитывать возможности и требования производства. Например, технологию печатного станка, который должен будет по сути выдавливать все эти изображения на плёнку.

Как изготовить печатный блок для такого станка? Как это возможно? Вполне возможно. Да, разве такие крохотные иголочки не будут просто ломаться каждый раз при печати? Да, многие так думают. Они же такие малюсенькие. А всё, что маленькое, должно быть хрупким. Но не в этом случае.

Структуры на наших штампах прочные благодаря соотношению сторон: это отношение высоты к ширине. Если взять 10 к 1, например, получится что-то тонкое, а потому хрупкое. В идеале нам нужно соотношение сторон 1 к 1 или 1 к 2. У нас ширина 200 нанометров, а высота 300-400 — именно такими мы и печатаем. Они прочные и нас не подводят.

Кстати, в Австралии пользуются пластиковыми банкнотами, в которых есть небольшое прозрачное окошко для защиты от мошенников. Возможно, в будущем туда добавят миллионы крохотных нанометровых врак из полимера. Ваша технология найдёт применение там. Из Австралии уже звонили. Я не понимаю, о чём вы.

Переведено и озвучено студией Верт Дайдер.

More Articles

View All
Story Time: My 3 BIGGEST mistakes (so far) in Real Estate and life...
What’s up you guys, it’s Graham here. So, one of the things I don’t really talk too much about are my mistakes and my failures. So, I’m going to be sharing the top three just fuckups where I messed up, and hopefully, you guys can learn from my mistakes. …
A Mysterious Fungus Is Killing Rattlesnakes | National Geographic
They’re a unique little species. They live in wetlands primarily, which is not what you typically think of when you think of rattlesnakes. The real stronghold for Eastern massasaugas is here in Michigan. This species was recently listed under the US Endan…
The Fastest Way To Find Waldo
Here’s how to become scary good at finding Waldo. In 2015, data scientist Randall Olssen used all 68 of Waldo’s hiding spots in the seven primary books to build this kernel density estimate. So where’s Waldo really? He’s here! Now, there are more ways t…
How Do Chameleons Change Color?
There is a misconception about chameleons that they change their color in order to blend in with their environment. That is actually not the case. When a chameleon is calm, it is green, and so it naturally blends in with its leafy surroundings. But male c…
Example comparing mass percentages of element in comounds
So we have four different compounds here, and we also have their molar masses. What I would like you to do is think about which of these compounds has the highest percentage of sulfur by mass. So pause this video and see if you can figure that out. All r…
Article II of the Constitution | US Government and Politics | Khan Academy
Hi, this is Kim from Khan Academy, and today I’m investigating Article 2 of the Constitution, which establishes the executive branch of government. It’s Article 2 that establishes the office of the President of the United States, tells us who’s eligible f…