La première peinture économe en énergie au monde s'inspire des papillons

09 mars 2023 (Actualités Nanowerk) Debashis Chanda, chercheur à l'Université de Floride centrale, professeur au NanoScience Technology Center de l'UCF, s'est inspiré des papillons pour créer la première alternative écologique, à grande échelle et multicolore aux colorants à base de pigments, qui peut contribuer aux efforts d'économie d'énergie et contribuer à réduire le réchauffement climatique. Le développement a été publié dans Science Advances comme article vedette ("Peinture de couleur structurelle plasmonique ultra-légère"). La peinture plasmonique développée par l'UCF utilise un arrangement structurel à l'échelle nanométrique de matériaux incolores - aluminium et oxyde d'aluminium - au lieu de pigments pour créer des couleurs. Ici, la peinture plasmonique est appliquée sur les ailes de papillons métalliques, l'insecte qui a inspiré la recherche. (Image : UCF) "La gamme de couleurs et de teintes dans le monde naturel est étonnante : des fleurs colorées, des oiseaux et des papillons aux créatures sous-marines comme les poissons et les céphalopodes", déclare Chanda. "La couleur structurelle sert de mécanisme primaire de génération de couleur dans plusieurs espèces extrêmement vives où l'arrangement géométrique de deux matériaux généralement incolores produit toutes les couleurs. D'un autre côté, avec les pigments artificiels, de nouvelles molécules sont nécessaires pour chaque couleur présente. Sur la base de ces bio-inspirations, le groupe de recherche de Chanda a innové une peinture plasmonique, qui utilise un arrangement structurel à l'échelle nanométrique de matériaux incolores - aluminium et oxyde d'aluminium - au lieu de pigments pour créer des couleurs. Alors que les colorants pigmentaires contrôlent l'absorption de la lumière en fonction de la propriété électronique du matériau pigmentaire et que chaque couleur a donc besoin d'une nouvelle molécule, les colorants structurels contrôlent la façon dont la lumière est réfléchie, diffusée ou absorbée en se basant uniquement sur la disposition géométrique des nanostructures. Ces couleurs structurelles sont respectueuses de l'environnement car elles n'utilisent que des métaux et des oxydes, contrairement aux couleurs actuelles à base de pigments qui utilisent des molécules synthétisées artificiellement. Les chercheurs ont combiné leurs flocons de couleur structurelle avec un liant commercial pour former des peintures durables de toutes les couleurs. "La couleur normale s'estompe parce que le pigment perd sa capacité à absorber les photons", explique Chanda. « Ici, nous ne sommes pas limités par ce phénomène. Une fois que nous peignons quelque chose avec une couleur structurelle, cela devrait rester pendant des siècles. De plus, comme la peinture plasmonique reflète tout le spectre infrarouge, moins de chaleur est absorbée par la peinture, ce qui fait que la surface inférieure reste 25 à 30 degrés Fahrenheit plus froide que si elle était recouverte de peinture commerciale standard, explique le chercheur. "Plus de 10 % de l'électricité totale aux États-Unis va vers l'utilisation du climatiseur », dit Chanda. « La différence de température promise par la peinture plasmonique entraînerait d'importantes économies d'énergie. Utiliser moins d'électricité pour le refroidissement réduirait également les émissions de dioxyde de carbone, atténuant ainsi le réchauffement climatique. La peinture plasmonique est également extrêmement légère, explique le chercheur. Cela est dû au grand rapport surface/épaisseur de la peinture, avec une coloration complète obtenue à une épaisseur de peinture de seulement 150 nanomètres, ce qui en fait la peinture la plus légère au monde, explique Chanda. La peinture est si légère que seulement environ 3 livres de peinture plasmonique pourraient recouvrir un Boeing 747, qui nécessite normalement plus de 1,000 XNUMX livres de peinture conventionnelle, dit-il. Chanda dit que son intérêt pour la couleur structurelle découle du dynamisme des papillons. "Enfant, j'ai toujours voulu construire un papillon", dit-il.

Recherche future

Chanda dit que les prochaines étapes du projet comprennent une exploration plus approfondie des aspects d'économie d'énergie de la peinture pour améliorer sa viabilité en tant que peinture commerciale. "La peinture pigmentée conventionnelle est fabriquée dans de grandes installations où l'on peut produire des centaines de gallons de peinture", dit-il. "Pour le moment, à moins que nous ne passions par le processus de mise à l'échelle, il est encore coûteux de produire dans un laboratoire universitaire." "Nous devons apporter quelque chose de différent comme la non-toxicité, l'effet de refroidissement, le poids ultraléger, à la table que les autres peintures conventionnelles ne peuvent pas." dit Chanda.

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• La source: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62528.php