Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Farby štruktúry

.časopis .veda

Niektoré farby nevieme slovami dosť dobre opísať a nevieme ich ani verne namaľovať. Farbu opálu, farbu pávieho pera, farbu motýlieho krídla. Je v nich niečo premenlivé a sú akési príliš jasné. Prečo sú také?

Niektoré farby nevieme slovami dosť dobre opísať a nevieme ich ani verne namaľovať. Farbu opálu, farbu pávieho pera, farbu motýlieho krídla. Je v nich niečo premenlivé a sú akési príliš jasné. Prečo sú také?


Farba väčšiny látok vzniká tak, že z dopadajúceho bieleho svetla látka nejakú časť spektra pohltí a zvyšok prepustí, odrazí alebo rozptýli. Tento nepohltený zvyšok vnímame ako farebné svetlo.
Látky teda robia z bieleho svetla farebné väčšinou tým, že v bielom svetle nejakú časť farieb zoslabia. Za určitých podmienok sa však môže stať, že látka istú časť spektra nie zoslabí, ale zosilní. Svetlo je potom farebné nie preto, že niektoré časti spektra sú v ňom potlačené, ale naopak preto, že sú v ňom niektoré časti spektra zosilnené.
Typickou vlastnosťou takéhoto zosilnenia je, že k nemu dochádza len v určitých smeroch, pričom v rôznych smeroch sú zosilnené rôzne farby. Výsledkom sú trblietavé, premenlivé a pozoruhodne jasné farby.

.tenké vrstvičky
Ako sa dá svetlo zosilniť? Nuž tak, že sa najprv rozdelí, a potom opäť spojí. Ak sa to urobí šikovne, potom na niektorých miestach bude spojené svetlo intenzívnejšie a na iných menej intenzívne ako pôvodné svetlo. Učene sa tomu hovorí interferencia a je to možné len vďaka tomu, že svetlo má vlnovú povahu.
To, na ktorých miestach bude svetlo intenzívnejšie a na ktorých menej intenzívne, závisí jednak od spôsobu „rozdeľovania a opätovného spájania“ svetla a jednak od vlnovej dĺžky. Jeden konkrétny mechanizmus „rozdeľovania a spájania“ môže viesť pre niektoré vlnové dĺžky k zosilneniu a pre iné k zoslabeniu intenzity.
Vlnová dĺžka svetla súvisí s jeho farbou. V bielom svetle sú zastúpené zhruba rovnomerne všetky vlnové dĺžky viditeľného spektra. Ak sa interferenciou niektoré z nich zosilnia a iné zoslabia, vznikne farebné svetlo.
Typickým príkladom je farba olejovej škvrny na vode alebo farba mydlovej bubliny. Dopadajúce svetlo sa tu rozdeľuje na povrchu oleja či mydla – časť svetla sa odrazí a časť prejde. To druhé prejde cez vrstvičku oleja či mydla, časť z neho sa odrazí na druhom povrchu, vráti sa späť. Časť z tejto časti opäť prejde a spojí sa s pôvodne odrazeným svetlom (takto napísané to vyzerá krkolomne, ale keď si to človek predstaví alebo nakreslí, tak je to úplne jednoduché). V závislosti od hrúbky vrstvičky sa zosilní taká alebo onaká farba, a keďže hrúbka vrstvičky je na každom mieste iná, výsledkom je zaujímavý nepravidelný a pestrofarebný obrazec.

Fascinujúce na tom všetkom je, že táto pestrofarebnosť vzniká v bezfarebných materiáloch, akými olej a mydlová voda nepochybne sú. Podobné tenké vrstvy z bezfarebných materiálov sa v súčasnosti používajú ako protireflexné vrstvy na okuliaroch a šošovkách v optickom priemysle a na rovnakom princípe fungujú aj nové druhy farbív, ktoré sú schopné meniť farbu.

.kryštály a opál
Veľmi účinným mechanizmom „delenia a spájania svetla“ sú rôzne periodické štruktúry. Po prechode svetla takouto štruktúrou je interferencia veľmi výrazná v určitých presne stanovených smeroch, ktoré závisia od špecifík konkrétnej štruktúry a od vlnovej dĺžky svetla.
Typickou periodickou štruktúrou sa vyznačujú kryštály a pri prechode svetla kryštálmi naozaj dochádza k výraznej interferencii v určitých smeroch. Akurát že k tomu dochádza v röntgenovej oblasti, a nie v oblasti viditeľného svetla. Súvisí to so vzdialenosťou medzi jednotlivými atómami v periodickej mriežke kryštálu. Ak by sme chceli mať výraznú interferenciu v oblasti viditeľného svetla, museli by byť vzdialenosti medzi jednotlivými atómami o niekoľko rádov väčšie.
Kryštály s takouto veľkou mriežkovou vzdialenosťou neexistujú, existuje však látka, ktorá má periodickú štruktúru s dostatočne veľkými vzdialenosťami. Ide o oxid kremičitý, ktorý vytvára amorfné (nekryštalické) guľôčky a tie sa ukladajú do periodickej štruktúry. Takto vzniká opál a vďaka interferencii svetla vzniká typická premenlivá farba tohto drahého kameňa.
Ale nech je opál akokoľvek úchvatný, meňavo modré krídla motýľa Morpho menelaus (rozpätie krídiel až 15 cm, výskyt: stredná a južná Amerika) alebo nášho modráčika obyčajného či niektoré časti krídiel babôčky pávookej sú ešte fascinujúcejšie. Keď už pre nič iné, tak preto, lebo opál je naozaj žiarivý, až keď ho prácne vyleštíme. No ale skúste leštiť motýľa.

.motýlie krídla a pávie perá
Tajomstvo farieb motýlích krídiel a pávích pier je pritom v podstate rovnaké ako tajomstvo farieb opálu. Aj tu ide o periodickú štruktúru a ňou spôsobenú interferenciu svetla. V roku 2003 Jian Zhi z univerzity Fudan v Šanghaji zistil použitím rastrového elektrónového mikroskopu, že prierez jednotlivých páperí v pávom pere je vysoko periodický. Páperie sa skladá z usporiadaných čiastočiek melatínu, ktoré spolu drží keratín.
Sfarbenie jednotlivých častí pávieho pera závisí od štruktúry tohto usporiadania. V modrom, žltom a zelenom páperí sú poskladané do štvorcovej kryštalickej mriežky, v hnedom páperí do obdĺžnikovej. Výsledná farba závisí od vzdialenosti jednotlivých častíc melatínu a tiež od počtu vrstiev.
To, že farba pávích pier  vzniká v dôsledku interferencie, bolo potvrdené aj vyplnením všetkých vzduchových mikroskopických priestorov v perách glycerínom. Tento jednoduchý experiment posunul vlnové dĺžky výsledných farieb a potvrdil, že zvláštne optické vlastnosti pávích pier sú výsledkom štruktúry, a nie prítomnosti farbív. 
Štruktúra pávích pier môže vytvoriť nielen nádherné sfarbenie, ale možno aj celkom fantastické technológie. Výpočtová technika budúcnosti totiž nemusí byť založená na prenose elektrónov, ako je to dnes, ale na prenose a spracovaní informácií prostredníctvom fotónov. Na to budú potrebné práve periodické štruktúry podobné pávím perám.
V súčasnosti sa výroba takýchto štruktúr podobná fabrikácii mikročipov a procesorov, kde sú  povrchy materiálov vyleptávané cez mikroskopické šablóny. Zatiaľ však nespĺňajú požiadavky na praktické použitie, a preto sa  ustavične hľadajú nové postupy. Jedným z nich je samousporiadanie malých častíc v roztokoch do obrovských kryštalických mriežok. Alternatívnym prístupom by bolo úplné napodobnenie rastu pávích pier.
Ak by sme dokázali vyrobiť dostatočné množstvo takéhoto materiálu, mohol by sa používať na tepelnú ochranu proti slnečným lúčom na púšťach alebo vo vesmíre a uľahčil by aj vývoj novej generácie optických počítačov. V budúcnosti budeme možno programovať, písať a hrať počítačové hry na systémoch, v ktorých procesory budú vyrobené z pávích pier a motýlích krídel.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.časopis
.diskusia
.neprehliadnite