Натхненний метеликами: вчений створив найсвітлішу фарбу у світі

Замість кольорової фарби на основі пігменту, для якої потрібні штучно синтезовані молекули, дослідник UCF розробив альтернативний спосіб виробництва кольорової фарби, яка є більш натуральною, екологічно чистою та легкою.

Дослідник розробив екологічно чисту, легку та довговічну фарбу, натхненну метеликами. Замість використання штучно синтезованих молекул пігменту, плазмонна фарба використовує нанорозмірні структурні упорядкування безбарвних матеріалів, таких як алюміній і оксид алюмінію, для створення кольорів. Цей структурний колір є більш екологічним та енергоефективним, оскільки він відображає весь інфрачервоний спектр, зберігаючи поверхні холоднішими та потенційно зменшуючи використання кондиціонера. Фарба також надзвичайно легка, повне забарвлення досягається при товщині лише 150 нанометрів, що робить її найлегшою фарбою у світі. Майбутні дослідження будуть зосереджені на збільшенні виробництва та вивченні потенціалу енергоощадження фарби для комерційного застосування.

Дослідник Університету Центральної Флориди Дебашіс Чанда, професор Технологічного центру нанонауки UCF, черпав натхнення у метеликів, щоб створити першу екологічно чисту, масштабну та багатобарвну альтернативу барвникам на основі пігментів, яка може сприяти енергоощадження та допомогти зменшити глобальне потепління.

«Діапазон кольорів і відтінків у природному світі вражає — від барвистих квітів, птахів і метеликів до підводних створінь, таких як риби та головоногі молюски », — каже Чанда. «Структурний колір служить основним механізмом утворення кольорів у кількох надзвичайно яскравих видів, де геометричне розташування двох безбарвних матеріалів створює всі кольори. З іншого боку, для штучного пігменту потрібні нові молекули для кожного наявного кольору».

Грунтуючись на таких біоінспіраціях, дослідницька група Чанди розробила плазмонічну фарбу, яка використовує нанорозмірну структурну структуру безбарвних матеріалів — алюмінію та оксиду алюмінію — замість пігментів для створення кольорів.

У той час як пігментні барвники контролюють поглинання світла на основі електронних властивостей пігментного матеріалу, і, отже, кожен колір потребує нової молекули, структурні барвники контролюють спосіб відображення, розсіювання або поглинання світла виключно на основі геометричного розташування наноструктур. Такі структурні кольори є екологічно чистими, оскільки вони містять лише метали та оксиди, на відміну від сучасних пігментних фарб, які використовують штучно синтезовані молекули.

«Звичайний колір блідне, тому що пігмент втрачає здатність поглинати фотони», — каже Чанда. «Тут ми не обмежені цим явищем. Коли ми намалюємо щось структурним кольором, це має залишатися на століття».

Крім того, оскільки плазмонна фарба відображає весь інфрачервоний спектр, фарба поглинає менше тепла, в результаті чого нижня поверхня залишається на 25-30 градусів за Фаренгейтом холоднішою, ніж якби вона була покрита стандартною комерційною фарбою, каже дослідник.

«Понад 10% загальної електроенергії в США витрачається на використання кондиціонерів», — каже Чанда. «Різниця температур, яку обіцяє плазмонна фарба, призведе до значної економії енергії. Використання меншої кількості електроенергії для охолодження також зменшило б викиди вуглекислого газу, зменшивши глобальне потепління».

Плазмонна фарба також надзвичайно легка, каже дослідник. Це завдяки великому відношенню площі до товщини фарби, повне забарвлення досягається при товщині фарби лише 150 нанометрів, що робить її найлегшою фарбою у світі, каже Чанда. За його словами, фарба настільки легка, що лише близько 3 фунтів плазмонної фарби можна покрити Боїнг 747, для чого зазвичай потрібно більше ніж 1000 фунтів звичайної фарби.