فراتوپ‎های کوچک رویکردی جدید برای ایجاد رنگ‎های با پایداری زیاد

رنگدانه یکی از اجزای اصلی رنگ می‎باشد. طبق پیش بینی‎های صورت گرفته توسط گروه Grand View Research  بازار جهانی رنگدانه تا سال 2025 به رقمی حدود 46 بیلیون دلار خواهد رسید که رشد سالانه تقریبا 5 درصدی را برای این بازار پیش بینی می‎کند. یکی از حوزه‎های با رشد زیاد در این بازار بخش نانورنگدانه ها می‎باشد.

اصطلاح رنگ ساختاری (رنگ های ساختاری به پیگمنت یا همان رنگدانه نیاز ندارند بلکه از طریق ترکیب مواد شفاف با ضرایب شکست متفاوت، تداخل سازنده ای را برای یک طول موج خاص ایجاد کرده و تولید رنگ می کند) مسئول ایجاد رنگ های زنده پرندگان و پروانه ها است. رنگ‎های ساختاری یک جایگزین با عمر زیاد برای رنگدانه‎های شیمیایی به حساب می‎آیند. نمونه‎های رنگ‎های بادوام در طبیعت فراوان یافت می‎شود. به عنوان مثال، بسیاری از پرهای پرندگان و بال‎های پروانه‎ها دارای رنگ‎های درخشانی در بافت‎های خود در  مقیاس نانو می‎باشند. اما پیدا کردن یک راه ساده برای تولید این رنگ‎های ساختاری پیچیده (فناوری که بتواند در مقیاس بالای تولید و برای رنگ‎های مختلف استفاده گردد) کار دشواری‎ست.

در مطالعه‎ای جدید، پژوهشگران توپ‎هایی در مقیاس نانو از توده‎های ملانین در خوشه‎های به نام فراکره (Supraball) تولید کردند. ملانین رنگدانه پوست‎های سیاه می‎باشد که در نانوذرات انفرادی سیاه دیده می‎شود. اما تغییر فواصل نانوذرات در توپ بر شکست نور ذرات تاثیرگذار است و طیفی از رنگ‎های ساختاری را تولید می‎کند. این محققین لایه نازکی از سلیکا را بر روی نانوذرات ملانین پوشش دادند. این پوشش مانند یک سپر عمل کرده و تراکم ذرات و نزدیک شدنشان را به هم محدود می‎کند. با تغییر قطر هسته ملانینی و ضخامت پوسته سیلیکا فراکره‎هایی در طیف وسیعی از رنگ‎ها، شامل زیتونی، نارنجی-قرمز و آبی سیر تولید می‎شوند.

به گفته این محققین دستورالعمل ساخت این نوع رنگدانه از سایر راه‎های ساخت رنگ‎های ساختاری در آزمایشگاه ساده‎تر است. نانوذرات دردمای اتاق و مخلوطی از آب و الکل با نام اکتانول به شکل خوشه‎های فراکره‎ای در آمده و به آسانی به صورت پودر استخراج می‎شود. علاوه بر این، نانوذرات با ابعاد مختلف می‎توانند در یک فراکره مخلوط و هرگونه شکل سایه‎ای متصور را ایجاد ایجاد نمایند.