Do savršene kamuflaže imitacijom kameleonove kože

Kameleon je simpatična životinjica iz razreda gmazova koja hvata svoj plijen, kukce, dugim ljepljivim jezikom. No nije samo po jeziku posebna. Još je posebnija (i poznatija) po tome što se može potpuno stopiti s okolinom mijenjajući boju kože – po potrebi. To svi znaju. No ima kameleona mnogo vrsta, ne samo iz porodice Chamaeleonidae. Recimo politički kameleon. To nije životinja, nego čovjek. To je onaj koji mijenja političke stavove (političke strane i stranke) prema potrebi: danas se taj izraz već izgubio iako, nažalost, ne i ta vrsta ljudi. Ili mineralni kameleon. Ta nas pak vrsta kameleona vodi u kemiju, točnije u njezinu povijest. Kada su naime alkemičari prvi put pripravili kalijev parmanganat (hipermangan) vidjeli su da otopine  te soli mogu poprimiti mnoštvo boja. Zašto? Zato što se mangan postepeno reducira, iz oksidacijskog stanja +VII (u kalijevom permanganatu, KMnO4) do stanja +II (u manganovom ionu, Mn2+), a svako je oksidacijsko stanje druge boje. Stoga ako dodamo otopini kalijava permanganata oksidans ili reducens, ili je samo ostavimo da dulje stoji  možemo vidjeti sve dugine boje ovog neobičnog kameleona.

Kameleon o kojem je ovdje riječ također je (na neki način) kemijski, no sličaniji je pravom, živom kameleonu, točnije njegovoj koži. Taj gmaz naime mijenja boju zbog refleksije i interferencije svjetlosti. Riječ je o pojavi koju kemičari poznaju poodavno: živin oksid (HgO) je žuti prah ako se istaloži iz otopine, a crveni ako se priredi žarenjem žive na zraku. Srebro je pak posve crno ako se rasprši u sitne čestice. To je zbog različite veličine čestica. Na toj se pojavi, pojavi disperzivnih (ili strukturnih) boja, temelji i ljepota opala, minerala (poludragulja) koji se sastoji od hidratiziranih čestica kvarca, dakle čestica silicijeva dioksida s više ili manje vode. No postoji i inverzni opal.

Inverzni opal nije  mineral, čak ni SiO2, nego neka vrsta pjene. A zašto se zove baš „opal“? Zato što se radi od umjetnog opala. Prvo se istalože čestice silicijeva dioksida određene veličine, a potom se talogu doda TMPTA (trimetilolpropan-triakrilat)  koji se potom polimerizira ultraljubičastim zračenjem u PTMPTA. Tako nastaje disperzija čestica silicijeva dioksida u polimernoj masi. Masa se zatim jetka fluorovodičnom kiselinom koja je, zna se, jedino kemijsko sredstvo koje otapa kremen (i staklo). Na kraju se dobiva šupljikava tvar koja reflektira svjetlost, a pri  refleksiji svjetlost zbog interferencije mijenja boju.

I evo novosti. Nedavno je u znanstvenom časopisu Matter osvanuo rad kineskih znanstvenika pod naslovom „Chameleon-inspired structural-color actuators“. Čudan naslov, a još je čudnije što „aktuatori“ pokazuju „vapokromatske i vapomehaničke reakcije“. Velike riječi, a radi se zapravo o tome da se djelovanjem para otapala površina inverznog opala savija, a kada se svine mijenjaju se položaji šupljina, a s njima i boja odražene svjetlosti.

Boja: veličina čestica i udjel acetona
Boja: veličina čestica i udjel acetona

Znanstvenici su iskušali mnoge pare, od one obične, vodene, pa sve do para etilen glikola (antifriza), dimetilformamida i alkohola (etanola). Najveći su efekt pokazivale pare kloroforma i acetona. Na kraju su se odlučili za aceton, jer je rukovanje njime najmanje štetno i opasno. (Lak s noktiju može se skinuti i drugim otapalima!)

Boja inverznog opala ovisi o dva faktora. Jedan je veličina koloidnih čestica opala, točnije šupljina koje su nastale njihovim otapanjem. Drugi je faktor kut pod kojim svjetlost pada na površinu aktuatora, a on opet ovisi o tome koliko se njegova površina izobličila (svinula) djelovanjem otapala. Stoga se boja može regulirati veličinom istaloženih čestica silicijeva dioksida  i sastavom atmosfere kojom je izložen aktuator. I ono najvažnije: aktuator može promijeniti boju za manje od sekunde (rekord iznosi 0,2 s) i opet se vratiti u staro stanje.  

Primjena? Na temelju umjetne kameleonove kože mogla bi se napraviti savršena kamuflaža koja bi se mijenjala prema okolini u kojoj se nalazi vojnik ili njegovo vozilo, da ne kažem borbeno sredstvo. Budući da se s bojom (vapokromatski efekt) polimerni materijal mijenja i  oblik (vapomehanički efekt) od njega bi se mogle napraviti i pokretne spravice, mekani roboti. Još se razmišlja o primjeni za senzore i uređaje za telekomunikaciju… No vidjet ćemo. 

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu, a u posljednje vrijeme i za mrežne stranice Zg-magazin te, naravno, BUG online. Autor je više stručnih  i 13 znanstveno-popularnih knjiga, a uskoro mu izlazi još jedna: „Mala škola pisanja (za znanstvenike i popularizatore)“. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.

Please follow and like us: