Задумывались ли вы когда-нибудь, почему так переливаются всеми цветами радуги крылышки бабочек? Или хвосты павлинов? Или перламутровые раковины? Нет, химические вещества, пигменты, тут ни при чем. Конечно, если какой-то пигмент в крылышке поглощает, скажем, красный и желтый цвет, но не зеленый, то вы увидите отраженный зеленый. Но переливаться такое крылышко не будет.
Переливчатостью, или радужностью (по-английски iridescent, от имени греческой богини радуги Ирис), насекомые, раковины, павлины и все прочие обязаны «структурной окраске». Попросту говоря, эту радужность им придают некие микроструктуры. Вот простейший пример: радужный перелив жирового пятна на поверхности воды. Он обусловлен тем, что световые волны отражаются к нам в глаз дважды - сначала от слоя жира, потом от воды под ним. По пути к нам в глаз эти отраженные волны складываются и, в зависимости от пройденного каждой волной расстояния, гасят или усиливают друг друга. Результат такой интерференции, как ее называют в науке, зависит от разницы расстояний, то есть от толщины жирового слоя, поэтому в разных его местах мы видим разный цвет. Оказывается, то же самое имеет место и у бабочек.
Специальные исследования показали, что в их крылышках находятся многие тысячи пакетиков из 2-3 слоев микроскопических чешуек каждый. Чешуйки в каждом пакетике разделены слоями воздуха. Когда свет проходит через пакетики, он отражается от каждой слоя чешуек. В результате каждое место крыла кажется окрашенным в тот или иной цвет. А поскольку при любом, самом небольшом повороте крыла все эти расстояния меняются, то и цветовой результат получается разным и возникает радужное мерцание. Аналогичные или иного рода структуры имеются везде, где есть радужность, - включая перья павлина, чешую сома или кожу змеи боа.
Однако какое отношение имеет это к смартфону? А вот какое. Хорошийсмартфон, как известно, снабжен сенсорным экраном (touchscreen): коснешься его - прибор делает то, что вы ему указали. Очень удобное новшество, куда лучше, чем нажимать кнопки. Но - не без изъянов. Во-первых, от частых прикосновений такие экраны изнашиваются. А во-вторых, вспомним замечательную фразу Ежи Леца: «Все в руках человека. Поэтому руки у него должны быть чистыми». А ведь мы порой и за свои руки поручиться не можем, что уж говорить о чужих. Вот вы приходите в поликлинику, хотите взять талончик на очередь, суете свою карточку в автомат, и его сенсорный экран ласково приглашает вас нажать пальцем на нужное вам место. А ведь тот же экран в том же месте уже нажимали до вас другие. В поликлинике! Куда ходят люди, больные бог знает чем!
Короче говоря, группа немецких ученых под руководством Беттины Лотш из Института Макса Планка решила найти способ заменить сенсорный экран, к которому нужно прикасаться, таким сенсорным экраном, к которому прикасаться не нужно. На первый взгляд, это кажется противоречием в определении, но на второй оказывается, что это, в принципе, возможно. На помощь ученым пришла наша неприятная привычка потеть. В результате потения наши пальцы (да и все прочее) всегда покрыты слоем влаги. Что, если покрыть экран слоем чего-нибудь такого, что реагирует на эту влагу и притом дистанционно, то есть без прикосновения? Будучи химиками, ученые из Института Планка после долгих поисков сумели найти вещество с искомыми свойствами - им оказалась фосфоантимониева кислота, соединение фосфора, сурьмы, кислорода и водорода. Кристаллики этого вещества способны вбирать в себя испаряющиеся с пальца молекулы воды и при этом слегка разбухать, а главное - менять свои электрические и оптические свойства(в зависимости от количества поглощенных молекул). А затем, имея в руках нужное вещество, ученые пошли по пути бабочек и павлинов - создали из этих кристалликов элементы структурной окраски. Они изготовили многослойный материал, в котором, как в сэндвиче, чередовались ультратонкие слои фосфоантимония с такими же слоями двуокиси кремния. В каждом таком сэндвиче было по 10 слоев, и весь он имел толщину около одного микрона(миллионной доли метра).
Дальнейшее понятно. Интерференция световых волн, отраженных от такого сэндвича, создает тот или иной цвет — в зависимости от его толщины. А она зависит от числа поглощенных фосфоантимонием молекул влаги, испаряющейся с человеческого пальца. А это число тем больше, чем ближе данный палец к экрану. И что же мы видим (точнее, что увидели немецкие химики)? Что по мере приближения пальца к экрану на нем появляется пятно, которое меняет свой цвет в зависимости от расстояния между пальцем и экраном и следует за пальцем при его движении. И все это без прикосновения к экрану.
Дополнительным бонусом оказалась скорость: пятно появляется спустя считанные миллисекунды - буквально «в мгновение ока». Откроем секрет: такие эксперименты проводились и раньше, с другими материалами, но тогда цветовое пятно появлялось лишь через несколько секунд после поднесения пальца, что для сенсорного экрана, конечно, все равно, что вечность.
Вот вам бабочка и смартфон. С одной оговоркой - путь к нему еще не пройден. Есть закавыка. Экран такого «смартфона на сэндвичах» нужно еще защитить от механического и химического воздействия, но защитить так, чтобы эта защитная пленка пропускала влагу с пальца. А над этим нужно еще работать, говорят авторы.
Вы разочарованы? Я тоже. Но, наверно, меньше, чем вы, потому что у меня нет смартфона.