World's First Energy-saving Paint Is Inspired By Butterflies

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

09. maaliskuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Keski-Floridan yliopiston tutkija Debashis Chanda, professori UCF:n NanoScience Technology Centerissä, on saanut inspiraatiota perhosista luodakseen ensimmäisen ympäristöystävällisen, laajamittaisen ja monivärisen vaihtoehdon pigmenttipohjaisille väriaineille, jotka voivat edistää energiansäästöä ja auttaa vähentämään ilmaston lämpenemistä. Kehitys on julkaistu v Tiede ennakot suositeltuna artikkelina ("Ultrakevyt plasmoninen rakennevärimaali"). malliperhosia nurmikolla

UCF:n kehittämä plasmoninen maali käyttää värittömien materiaalien – alumiinin ja alumiinioksidin – nanomittakaavan rakenteellista järjestelyä pigmenttien sijaan värien luomiseksi. Tässä plasmonista maalia levitetään metalliperhosten, tutkimuksen inspiraation antaneen hyönteisen siipille. (Kuva: UCF) "Luonnonmaailman väri- ja sävyvalikoima on hämmästyttävä - värikkäistä kukista, linnuista ja perhosista vedenalaisiin olentoihin, kuten kaloihin ja pääjalkaisiin", Chanda sanoo. "Rakenneväri toimii ensisijaisena värinmuodostusmekanismina useissa erittäin eloisissa lajeissa, joissa tyypillisesti kahden värittömän materiaalin geometrinen järjestely tuottaa kaikki värit. Toisaalta ihmisen tekemällä pigmentillä tarvitaan uusia molekyylejä jokaiseen väriin." Tällaisten bioinspiraatioiden pohjalta Chandan tutkimusryhmä keksi plasmonisen maalin, joka hyödyntää värittömien materiaalien – alumiinin ja alumiinioksidin – nanomittakaavan rakenteellista järjestelyä pigmenttien sijaan värien luomiseksi. Pigmenttiväriaineet säätelevät valon absorptiota pigmenttimateriaalin elektronisten ominaisuuksien perusteella ja siksi jokainen väri tarvitsee uuden molekyylin, kun taas rakenteelliset väriaineet säätelevät valon heijastusta, sirontaa tai absorboitumista puhtaasti nanorakenteiden geometrisen järjestelyn perusteella. Tällaiset rakennevärit ovat ympäristöystävällisiä, koska niissä käytetään vain metalleja ja oksideja, toisin kuin nykyiset pigmenttipohjaiset värit, joissa käytetään keinotekoisesti syntetisoituja molekyylejä. Tutkijat ovat yhdistäneet rakenteelliset värihiutaleensa kaupalliseen sideaineeseen muodostaen pitkäkestoisia kaikenvärisiä maaleja. "Normaali väri haalistuu, koska pigmentti menettää kykynsä absorboida fotoneja", Chanda sanoo. "Tässä ilmiö ei rajoita meitä. Kun maalaamme jotain rakenneväreillä, sen pitäisi pysyä vuosisatoja." Lisäksi, koska plasmoninen maali heijastaa koko infrapunaspektriä, maali absorboi vähemmän lämpöä, mikä johtaa siihen, että alapinta pysyy 25-30 astetta Fahrenheit-astetta viileämpänä kuin se olisi peitetty tavallisella kaupallisella maalilla, tutkija sanoo. ”Yli 10 % kaikesta sähköstä Yhdysvalloissa menee kohti ilmastointilaitteen käyttöä”, Chanda sanoo. ”Plasmonisen maalin lupaama lämpötilaero johtaisi merkittäviin energiansäästöihin. Vähemmän sähkön käyttäminen jäähdytykseen vähentäisi myös hiilidioksidipäästöjä ja vähentäisi ilmaston lämpenemistä. Plasmoninen maali on myös erittäin kevyttä, tutkija sanoo. Tämä johtuu maalin suuresta pinta-ala-paksuussuhteesta, jossa täysi väritys saavutetaan vain 150 nanometrin maalinpaksuudella, mikä tekee siitä maailman kevyimmän maalin, Chanda sanoo. Maali on niin kevyt, että vain noin 3 kiloa plasmonista maalia voisi peittää Boeing 747:n, joka tavallisesti vaatii yli 1,000 kiloa tavanomaista maalia, hän sanoo. Chanda sanoo, että hänen kiinnostuksensa rakenteellisiin väreihin johtuu perhosten eloisuudesta. "Lapsena halusin aina rakentaa perhosen", hän sanoo.

Tuleva tutkimus

Chanda sanoo, että projektin seuraaviin vaiheisiin kuuluu maalin energiansäästönäkökohtien lisätutkimus, jotta se voisi parantaa sen elinkelpoisuutta kaupallisena maalina. "Perinteinen pigmenttimaali valmistetaan suurissa tiloissa, joissa voidaan valmistaa satoja gallonoja maalia", hän sanoo. "Tällä hetkellä, ellemme käy läpi laajennusprosessia, sen valmistaminen akateemisessa laboratoriossa on edelleen kallista." "Meidän täytyy tuoda pöydälle jotain erilaista, kuten myrkyttömyys, jäähdytysvaikutus, ultrakevyt paino, mitä muut perinteiset maalit eivät pysty." Chanda sanoo.