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Ver el documento (formato PDF)   Luna, Ana Eugenia.  "Producción de color en materiales microestructurados naturales y artificiales"  (2014-08-06)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
Las estructuras fotónicas naturales exhiben notables efectos de color como el aspecto metálico y la iridiscencia. En este trabajo se investigan algunas de las microestructuras de este tipo que se han identificado en coleópteros, específicamente en los escarabajos de la especie Ceroglossus suturalis, que exhiben una coloración iridiscente y son endémicos del extremo sur de América del Sur y del sur de Chile. Este fenómeno de iridiscencia se produce por reflexiones múltiples de la luz dentro de la epicutícula del élitro (ala delantera modificada por endurecimiento que encierra a las alas posteriores utilizadas en el vuelo), que es un sistema de multicapas alternadas de materiales de diferente densidad óptica. Por medio del empleo de técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM) y de transmisión (TEM), y a través del procesamiento de las imágenes y micrografías, se obtuvieron los parámetros geométricos más relevantes de las microestructuras responsables del color estructural en estos escarabajos, tales como el número de capas y sus espesores. Utilizando un espectrofotómetro acoplado a fibra óptica se midieron los espectros de reflectancia y se obtuvieron los diagramas de cromaticidad para diferentes muestras, y bajo distintas condiciones de iluminación. Una vez confirmado el mecanismo físico involucrado en la producción de color en los especímenes estudiados, se aplicaron diferentes algoritmos de optimización para recuperar tanto la parte real como la imaginaria de la constante dieléctrica y los espesores de las capas de los materiales que componen el sistema natural de multicapas. Los resultados obtenidos mediante la aplicación de diferentes estrategias de optimización heurística confirman que este tipo de algoritmos tiene un gran potencial como herramienta para investigar las estructuras fotónicas naturales. El estudio de la generación de color estructural en el mundo natural ya ha comenzado a inspirar el desarrollo de dispositivos artificiales con aplicaciones tecnológicas, tales como sensores inteligentes y nuevos tipos de filtros.

Abstract:
Natural photonic structures exhibit remarkable color effects such as metallic appearance and iridescence. In this work, we investigate some of the microstructures of this kind that have been identified in Coleoptera, specifically in the beetles of the species Ceroglossus suturalis, which exhibit an iridescent coloration and mostly live endemically in the southern end of South America and the south of Chile. This phenomenon of iridescence is produced by multiple reflections of light within the epicuticle of their elytra (modified forewing of a beetle that encases the thin hind wings used in flight), which is a multilayer system that alternates materials of different optical density. By means of scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy techniques, and after processing the images and micrographs, the significant geometrical parameters of the microestructure responsible for the structural color in these beetles, such as the number of layers and their thicknesses, have been obtained. By using an optical fiber coupled spectrophotometer, reflectance spectra have been measured, and the chromaticity diagrams have been obtained for several samples under different illumination conditions. Once the physical mechanism underlying the color production in the studied specimens was confirmed, different optimization algorithms have been applied to retrieve the real and imaginary parts of the relative permittivity of the materials comprising the natural multilayer system, as well as the layers thicknesses. The results obtained by applying different heuristic optimization strategies confirm that this kind of algorithms have a great potential as a tool to investigate natural photonic structures. The study of structural color generation in the natural world has already started to inspire the development of artificial devices for technological applications, such as smart sensors and new kinds of filters.

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Registro:
Título : Producción de color en materiales microestructurados naturales y artificiales     =    Production of color in artificial and natural microstructured materials
Autor : Luna, Ana Eugenia
Director : Skigin, Diana C.
Consejero : Tamborenea, Pablo I.
Jurados : Ledesma, Silvia  ; Bolognini, Néstor  ; Tubaro, Pablo L.
Año : 2014-08-06
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Física. Grupo de Electromagnetismo Aplicado
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_5606_Luna
Idioma : Español
Area Temática : Física / Electromagnetismo
Física / Óptica
Computación / Modelos Computacionales
Palabras claves : COLOR ESTRUCTURAL; IRIDISCENCIA; MULTICAPAS; CRISTALES FOTONICOS NATURALES; ALGORITMOS EVOLUTIVOS; STRUCTURAL COLOR; IRIDESCENCE; MULTILAYERS; NATURAL PHOTONIC CRYSTALS; EVOLUTION ALGORITHMS
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