En el ámbito de la ciencia de materiales, un descubrimiento reciente de la Universidad de Kobe podría marcar un antes y un después en la forma en que percibimos y utilizamos el color. El equipo de ingenieros de materiales, liderado por FUJII Minoru y SUGIMOTO Hiroshi, ha desarrollado una nueva técnica para crear colores mediante la dispersión de la luz en nanopartículas de silicio.

¿Qué son los colores estructurales?

Para entender la magnitud de esta innovación, es esencial comprender qué son los colores estructurales. Tradicionalmente, un objeto adquiere color cuando refleja ciertas longitudes de onda de la luz, mientras absorbe otras. Esto se logra mediante pigmentos que, por desgracia, tienden a degradarse con el tiempo. En contraste, los colores estructurales se derivan no de la absorción, sino de la interacción precisa de la luz con estructuras microscópicas. Estos colores son vívidos y no se degradan con el tiempo, tal como se observa en las alas de las mariposas y las plumas de los pavos reales.

Tecnología de Nanopartículas de Silicio

La técnica desarrollada en Kobe se centra en el uso de nanopartículas de silicio casi perfectamente esféricas que, mediante el fenómeno de la «resonancia de Mie», dispersan la luz en colores brillantes. 

«En trabajos anteriores desde 2020, fuimos los primeros en lograr un control preciso del tamaño de las partículas y desarrollar suspensiones coloidales de nanopartículas de silicio esférico y cristalino. Estas nanopartículas de silicio individuales dispersan la luz en colores brillantes por el fenómeno de la «resonancia Mie», que nos permite desarrollar tintas de color estructurales», explican los ingenieros de materiales de la Universidad de Kobe, Fuji Minoru y Sugimoto Hiroshi.

Esta resonancia ocurre cuando las partículas son del tamaño comparable a las longitudes de onda de la luz que reflejan específicamente, permitiendo un control preciso sobre el color resultante simplemente ajustando el tamaño de las partículas.

Los investigadores han demostrado que este método se puede aplicar a las superficies y, por lo tanto, recubrirá el material subyacente en una forma de color estructural que no depende del ángulo de visión. Esto se debe a que el color no se produce por la interacción de la luz reflejada de las estructuras vecinas como con los colores estructurales «tradicionales», sino por su dispersión altamente eficiente alrededor de las nanoesferas individuales.

Las nanoesferas en una suspensión de metanol tienen colores diferentes que cuando se aplican a una superficie como monocapa.

Aplicaciones y Ventajas

La aplicación de estas nanopartículas no solo es revolucionaria por su durabilidad y estabilidad de color, sino también por su impacto medioambiental mínimo y su extraordinaria ligereza. Un ejemplo destacado de su potencial se ve en la industria aeronáutica: la aplicación de esta tecnología podría reducir el peso de los revestimientos de un avión en más de un 90%, traduciéndose en ahorros significativos de combustible y reducción de emisiones de carbono.

Además, el método de aplicación es sorprendentemente versátil. La suspensión de nanopartículas puede aplicarse en superficies variadas, cubriéndolas con una capa delgada (de solo 100-200 nanómetros de espesor) que muestra colores brillantes. Este enfoque no solo es práctico sino también altamente eficiente, requiriendo una cantidad mínima de material para lograr una coloración intensa.

Futuro y Potencial

El equipo de la Universidad de Kobe continúa refinando esta tecnología, explorando nuevas aplicaciones y mejorando la eficiencia del proceso de fabricación. Los resultados de simulaciones computacionales y pruebas experimentales sugieren que este es solo el comienzo de lo que podría ser una revolución en el diseño y aplicación de materiales coloridos.

La promesa de una solución ligera, durable y ecológicamente sostenible para el color en materiales puede bien ser uno de los descubrimientos más  transformadores en la tecnología de materiales de nuestra era.

Créditos de imágenes: Fuji Minoru