Наночастицы насекомых помогли физикам создать "ночной" плащ-невидимку
Американские физики создали необычные наночастицы, поглощающие все формы видимого света и не отражающие его лучей в принципе, "посмотрев" принципы их устройства у насекомых, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
"Наши наночастицы, изготовленные из других материалов, можно использовать для других целей. К примеру, оксид магния сегодня используется при производстве суперконденсаторов и аккумуляторов. Электроды, изготовленные из наночастиц, повысят емкость и мощность таких устройств, а их аналоги из кремния могут улучшить работу матриц в камерах и повысить КПД солнечных батарей", - рассказывает Так-Син Вон (Tak-Sing Wong) из университета Пенсильвании (США).
В последние годы ученые активно создают и изучают свойства так называемых метаматериалов - искусственных структур из множества отдельных кусочков или наночастиц, способных необычным образом взаимодействовать со светом или другими формами электромагнитного излучения. Метаматериалы, как сегодня считают физики, станут основой сверхбыстрых световых компьютеров будущего и других футуристичных гаджетов.
Строго говоря, метаматериалы не являются изобретением человека - похожие на них кристаллы и структуры встречаются на крыльях многих бабочек "металлической" окраски, на панцирях многих других насекомых, крыльях птиц и даже в знаменитых синих складках на мордах павианов-мандрилов.
Вон и его коллеги случайно открыли крайне необычное свойство у одного из подобных природных метаматериалов, изучая необычные наночастицы, так называемые брохосомы, которые производит организм некоторых видов цикад, небольших сосущих насекомых. Они представляют собой шарики диаметром в несколько сотен нанометров, покрытые сложным узором из ямок и выступов.
Как раньше считали биологи, эти наночастицы, которыми насекомые "натирают" свои крылья и тело, помогают им оставаться сухими в любое время суток, так как они препятствуют образованию капелек росы на теле цикад. Оказалось, что это не единственная функция, которую исполняют эти природные продукты "нанотехнологий".
"Мы создавали свои собственные наночастицы и знали, что у них могут быть интересные оптические свойства. До того, как мне это рассказал один из моих студентов, я даже и не знал, что тело цикад покрыто очень похожими структурами. Это заставило нас задуматься, для чего их могут использовать насекомые", - вспоминает ученый.
Эта мысль заставила Вана и его коллеги обратить внимание на то, что "ямки" на поверхности наночастиц цикад имеют такие же размеры, как и волны видимого света. Проанализировав их свойства с точки зрения оптики, ученые обнаружили, что данные наночастицы поглощают практически все виды волн видимого света, в особенности те, которые воспринимают их главные враги - божьи коровки и прочие хищные насекомые.
Благодаря этому цикады становятся невидимыми для хищников, так как их тело перестает бликовать и сливается с окружающей средой. Используя брохосомы цикад в качестве образца, ученые создали их копии из серебра, золота и других металлов, и проверили, перестанут ли они блестеть на солнце.
Как показали первые замеры, подобные наночастицы отражают меньше 1% света под всеми возможными углами падения лучей, что позволяет использовать их в качестве основы для своеобразного ночного "плаща-невидимки", скрывающего его обладателя от глаз и инструментов наблюдателей при недостатке света. Помимо видимого света, эти наночастицы так же сделают подобный "стелс"-костюм невидимым и в инфракрасной, и в ультрафиолетовой части спектра.
Светопоглощающие свойства наночастиц, по словам ученых, не зависят от типа материала, из которого они были изготовлены, что позволяет использовать в самых разных областях науки и техники, где нужно избавляться от бликов или отражений и максимально эффективно поглощать энергию. Как надеются ученые, "изобретение" скромных цикад найдет максимально широкое применение в промышленности уже в ближайшие годы.
