В понедельник я получила кольцо, которое давно хотела купить. Но фон фотографии как бы намекает, что я собираюсь не просто хвастаться приобретением. Терра не была бы Террой, если бы не воспользовалась поводом прочитать лекцию по физике и немного химии.



Украшение сделано из титана – блестящего серого металла; поверхность всегда покрыта тонким слоем (порядка нескольких нанометров) прозрачного оксида титана, что обеспечивает его стойкость к коррозии. Узор на кольце тоже покрыт оксидом титана, только в несколько раз толще. Как так получается, что прозрачное вещество кажется синим? Этот эффект обеспечивает явление под названием интерференция.
Представим, что мы бросили в воду два камешка; от них побежали волны. Как понять, что мы увидим, когда эти волны встретятся? Оказывается, результат сложения волн зависит от того, с какой разностью фаз они пришли в место встречи. Если гребень одной волны наложится на гребень другой, а впадина — на впадину, то амплитуда суммарной волны будет максимальна и равна сумме амплитуд исходных волн; если гребень сложится с впадиной, то волны друг друга погасят. Если сдвиг фаз будет другой, то получится промежуточный между этими двумя крайностями результат.



Свет – это тоже волна, только в отличие от колебаний поверхности воды она представляет собой колебания электрического и магнитного поля. Но интерференция – общее свойство любых волн. В случае с плёнкой оксида титана интерферируют волна, отразившаяся от поверхности оксидной плёнки, и волна, прошедшая сквозь плёнку и отразившаяся от поверхности титана (как можно увидеть на схеме). Сложатся ли волны конструктивно или деструктивно, зависит от толщины плёнки и длины волны света. Солнечный свет, как известно, представляет собой смесь света с разными длинами волн (от красного до фиолетового). Варьируя толщину плёнки, можно усиливать свет разного цвета и таким образом окрашивать титан в разные цвета.



Вообще, интерференция света встречается очень часто. Её наблюдал каждый, кто пускал мыльные пузыри или видел плёнку бензина на поверхности воды (те самые радужные разводы). Окраска крыльев бабочек и других насекомых, а также тропических птиц тоже во многом обусловлена интерференцией: в организме животных содержатся пигменты меланины, придающие коричневую или рыжую окраску; ни синего, ни зелёного пигмента в животных клетках нет. А ещё интерференция в оксидной плёнке окрашивает кристаллы висмута.

Чтобы покрыть титан оксидом, можно воспользоваться раствором электролита и источником питания: присоединить один полюс к титановому изделию, другой полюс — к чаше с электролитом (лимонной кислотой, например), погрузить изделие в чашку и смотреть, как оно окрашивается. Толщину плёнки можно менять, повышая напряжение. А можно пропитать раствором тампон, присоединить его к полюсу батарейки и рисовать на титане узоры.

Кольцо заказывала здесь: vk.com/legenti.jewellery