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Les scientifiques produisent des gouttelettes avec des couleurs irisées sans l'utilisation de colorants

Les scientifiques produisent des gouttelettes avec des couleurs irisées sans l'utilisation de colorants

Les ingénieurs du MIT et de la Penn State University ont mis au point un moyen de faire en sorte que des gouttelettes d'eau claires ordinaires produisent de belles couleurs vives sans l'utilisation d'encres ou de colorants. L'effet est créé grâce à l'utilisation d'une fine brume de gouttelettes transparentes éclairées avec une seule lampe.

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Couleur structurelle

Ils doivent ces nuances irisées à ce qu'on appelle la «couleur structurelle». Le terme fait référence à la création de couleur à travers des surfaces microscopiquement structurées suffisamment fines pour interférer avec la lumière visible.

Maintenant, ils pensent que cet effet pourrait être utilisé au lieu de colorants synthétiques souvent nocifs. Ils ont même créé un modèle pour prédire les couleurs résultantes.

«Les colorants synthétiques utilisés dans les produits de consommation pour créer des couleurs vives pourraient ne pas être aussi sains qu'ils devraient l'être», déclare Mathias Kolle, professeur adjoint de génie mécanique au MIT.

«Étant donné que certains de ces colorants sont plus strictement réglementés, les entreprises se demandent, pouvons-nous utiliser des couleurs structurelles pour remplacer des colorants potentiellement malsains? Grâce aux observations minutieuses d'Amy Goodling et Lauren Zarzar à Penn State et à la modélisation de Sara, qui a mis en lumière cet effet et son explication physique, il pourrait y avoir une réponse. "

Le nouveau modèle prend tout en compte, y compris les conditions structurelles des gouttelettes et leurs indices de réfraction. Les chercheurs ont déjà testé les prédictions du modèle dans plusieurs expériences.

Tester le modèle

Premièrement, ils ont créé des émulsions de gouttelettes de tailles contrôlées. Ce test a abouti à ce que les chercheurs appellent un «tapis» de gouttelettes exactement de la même taille dans une boîte de Pétri. Ils l'ont ensuite éclairé avec une seule lumière blanche et ont enregistré les gouttelettes avec une caméra.

Lorsque la caméra tournait, les chercheurs ont pu constater comment l'angle sous lequel la lumière pénètre dans la gouttelette affecte leur couleur. L'équipe a ensuite testé des gouttelettes de différentes tailles. De manière assez impressionnante, les prédictions du modèle se sont avérées correctes dans tous ces scénarios.

Ils ont en outre cherché à tester l’importance de la courbure dans une gouttelette. Pour ce faire, ils ont utilisé la condensation de l'eau sur un film transparent traité avec une solution hydrofuge. Ils ont trouvé un motif de couleur tout aussi beau, prédit par le modèle, qui avait presque la forme d'un éléphant.

Enfin, les chercheurs ont testé leur modèle sur des capuchons et des dômes solides imprimés en 3-D à partir de divers matériaux à base de polymères transparents. Le modèle était une fois de plus précis pour prédire les motifs de couleur résultants.

«Il existe un espace de paramètres complexe avec lequel vous pouvez jouer», déclare Kolle. "Vous pouvez personnaliser la taille, la morphologie et les conditions d'observation d'une gouttelette pour créer la couleur souhaitée."

Les chercheurs pensent que le modèle peut être utilisé pour concevoir des gouttelettes pour de nombreuses applications de changement de couleur allant des tests décisifs à l'encre à changement de couleur dans le maquillage. Le modèle servirait de guide de conception efficace pour toutes ces options.


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