De meeste kleuren die we om ons heen zien, zijn zogeheten pigmentaire kleuren. Deze worden veroorzaakt door absorptie van licht door kleurstofmoleculen (pigmenten). Een bekend nadeel van pigmenten in verf of inkt is dat ze na verloop van tijd vaak verbleken, doordat de pigmentmoleculen beschadigd raken onder invloed van langdurige blootstelling aan licht.

Structurele kleuren ontstaan daarentegen door interferentie – een proces waarbij lichtstralen elkaar versterken of juist uitdoven, afhankelijk van de precieze kleur van het licht. Dit maakt structurele kleuren veel kleurvaster dan pigmenten, legt de Indiase promovenda Monali Moirangthem uit. “De kleur die wij maken met vloeibare kristallen, een bepaald soort polymeren, wordt bepaald door hoe de polymeermoleculen precies zijn gerangschikt. Die structuur wordt, in tegenstelling tot pigmenten, niet aangetast door licht.”

Plaatselijk verhitten

In haar groep Stimuli-responsive Functional Materials & Devices hebben ze ruime ervaring met vloeibare kristallen (liquid crystals), de moleculen waarvan onder meer lcd-schermen zijn gemaakt. Moirangthem wist van deze vloeibare kristallen een coating te maken, waarin ze permanente gekleurde patronen kan schrijven. “Door de coating plaatselijk te verhitten met een laser of een ‘hot pen’ laten we bepaalde moleculen verdampen. Daardoor verandert plaatselijk de structuur van de coating en dus ook de kleur. De gedachte is dat je zo extreem stabiele patronen kunt maken, waarin je informatie zou kunnen opslaan die lang bewaard moet blijven.”

In een vervolgproject maakten Moiranghtem en collega’s een uitwisbare inkt, die met een inkjetprinter kan worden aangebracht. “Met één inkt kunnen we alle kleuren maken, van violet tot rood. Dat komt omdat de kleur wordt bepaald door de dikte van de coating.” Ook die kleuren blijven extreem lang goed, legt ze uit. “Maar je kunt de inkt met een organisch oplosmiddel wel eenvoudig verwijderen. Dat maakt deze techniek aantrekkelijk voor bijvoorbeeld reclameborden, ook omdat je geen last heb van weerkaatsing van zonlicht.”

Onzichtbaar

Daarnaast toonde de Indiase aan dat je ook ‘onzichtbare’ inkt kunt maken op basis van vloeibare kristallen. “Daarmee kunnen we afbeeldingen printen die alleen zichtbaar worden als je ze bevochtigt, bijvoorbeeld door erop te ademen. Dat zou je kunnen gebruiken als een soort watermerk.” De truc hierbij is dat de concentratie calcium in de inkt bepaalt in welke mate deze uitzet bij bevochtiging en dus welke kleur verschijnt. Hierdoor kan een vooraf vastgelegd patroon plotseling zichtbaar worden gemaakt met een druppel water (zie onderstaand filmpje) of vochtige adem.

Temperatuursensoren vormen een andere veelbelovende toepassing waar Moirangthem aan meewerkte. Van vloeibare kristallen kun je namelijk temperatuurgevoelige coatings maken, die van kleur veranderen naarmate ze langer aan een bepaalde temperatuur - bijvoorbeeld boven koelkasttemperatuur - blootgesteld zijn. “In principe kun je daar labels mee maken voor op voedselverpakkingen. Aan de kleur kun je dan aflezen of het voedsel nog vers zou moeten zijn.” Haar oud-collega Koen Nickmans probeert deze technologie nu te verfijnen en op de markt te brengen met de start-up FreshStrips.

Foto | Bart van Overbeeke