Stable structural colour patterns displayed on transparent cellulose composite free-standing films

Abstract

Natural structures can generate colours through various mechanisms, such as multilayers and dif- fraction gratings. For example, the colour patterns observed in the wings of insects result from transpar- ent solid films and are attributed to thin film interference and corrugations resembling fingerprint pat- terns. These microstructures enhance the wing's interference patterns and reduce iridescence across dif- ferent angles of light due to the convex ridges. Conversely, transparent films made from cellulose nanocrystals suspended in water are known for their iridescence and their ability to selectively reflect left circularly polarized light while transmit- ting right circularly polarized light. Efforts have been made to control their optical properties, including reducing iridescence. In the present work, the optical properties of thin transparent cellulosic films were combined by creating a banded layer on top of an iridescent CNCs film. The study aimed to explore these films' optical and mechanical characteristics and compare them with those observed in the transparent wings of Xylocopa violacea. However, the results were unexpected. Despite the efforts to control the optical properties and reduce iridescence, the combination of these films did not yield the anticipated improvements. The me- chanical characteristics also did not behave as predicted. In conclusion, while it was hoped to achieve significant progress in enhancing the optical prop- erties of cellulose-based films, the study's unexpected outcomes underscore the complexity of these systems. These findings provide valuable insights for future research, emphasizing the need for more refined approaches and a deeper understanding of these materials. Despite the challenges encountered, the study contributes to the ongoing exploration of thin (~60 μm) transparent cellulose films and their potential applications.Estruturas naturais têm a capacidade de gerar cores através de diversos mecanismos, sendo os mais comuns as multicamadas e as redes de difração. Por exemplo, os padrões de cores que observamos nas asas de insetos, resultantes de filmes sólidos transparentes, são atribuídos à interferência de filmes finos e às corrugações que se assemelham a padrões de impressões digitais. Estas microestruturas apri- moram os padrões de interferência na asa e reduzem a iridescência em diferentes ângulos de luz devido às cristas convexas. Por outro lado, filmes transparentes feitos a partir de nanocristais de celulose suspensos em água são conhecidos pela sua iridescência e pela capacidade de refletir seletivamente a luz polarizada circu- larmente à esquerda, enquanto transmitem a luz polarizada circularmente à direita. Vários esforços têm sido feitos para controlar as suas propriedades óticas, incluindo a redução da iridescência. Neste estudo, as propriedades óticas de filmes finos transparentes de cellulose foram combinadas, criando um filme em faixas sobre um filme iridescente de nanocristais de celulose. O objetivo era ex- plorar as características óticas e mecânicas destes filmes e compará-los com as observadas nas asas transparentes de Xylocopa violacea. No entanto, os resultados foram inesperados. Apesar dos esforços para controlar as propriedades óticas e reduzir a iridescência, a combinação destes filmes não produziu as melhorias esperadas. As características mecânicas também não se comportaram como previsto. Em conclusão, apesar de o esperado ser alcançar avanços significativos na melhoria das proprie- dades óticas dos filmes de celulose, os resultados inesperados deste estudo destacam a complexidade destes sistemas. Estas descobertas fornecem informações valiosas para futuras pesquisas, enfatizando a necessidade de abordagens mais refinadas e uma compreensão mais profunda destes materiais. Apesar dos desafios encontrados, este estudo contribui para a exploração contínua dos filmes finos (~60 μm) transparentes de celulose e das suas potenciais aplicações

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