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

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09 marzo 2023 (Notizie Nanowerk) Debashis Chanda, ricercatore dell'Università della Florida centrale e professore presso il NanoScience Technology Center dell'UCF, ha tratto ispirazione dalle farfalle per creare la prima alternativa ecologica, su larga scala e multicolore ai coloranti a base di pigmenti, che può contribuire agli sforzi di risparmio energetico e contribuire a ridurre il riscaldamento globale. Lo sviluppo è stato pubblicato in Anticipi Scienza come articolo in primo piano (“Vernice colorata strutturale plasmonica ultraleggera”). modello farfalle sull'erba

La vernice plasmonica sviluppata dall’UCF utilizza una disposizione strutturale su scala nanometrica di materiali incolori – alluminio e ossido di alluminio – invece dei pigmenti per creare i colori. Qui la vernice plasmonica è applicata sulle ali delle farfalle metalliche, l'insetto che ha ispirato la ricerca. (Immagine: UCF) "La gamma di colori e sfumature nel mondo naturale è sorprendente: dai fiori colorati, agli uccelli e alle farfalle alle creature sottomarine come pesci e cefalopodi", afferma Chanda. “Il colore strutturale funge da meccanismo primario di generazione del colore in diverse specie estremamente vivide in cui la disposizione geometrica di due materiali tipicamente incolori produce tutti i colori. D’altra parte, con i pigmenti artificiali, sono necessarie nuove molecole per ogni colore presente”. Sulla base di tali bio-ispirazioni, il gruppo di ricerca di Chanda ha innovato una vernice plasmonica, che utilizza una disposizione strutturale su scala nanometrica di materiali incolori – alluminio e ossido di alluminio – invece di pigmenti per creare colori. Mentre i pigmenti coloranti controllano l’assorbimento della luce in base alle proprietà elettroniche del materiale pigmentato e quindi ogni colore necessita di una nuova molecola, i coloranti strutturali controllano il modo in cui la luce viene riflessa, diffusa o assorbita basandosi esclusivamente sulla disposizione geometrica delle nanostrutture. Tali colori strutturali sono rispettosi dell'ambiente poiché utilizzano solo metalli e ossidi, a differenza degli attuali colori a base di pigmenti che utilizzano molecole sintetizzate artificialmente. I ricercatori hanno combinato le scaglie di colore strutturale con un legante commerciale per formare vernici di lunga durata di tutti i colori. "Il colore normale sbiadisce perché il pigmento perde la capacità di assorbire i fotoni", afferma Chanda. “Qui non siamo limitati da questo fenomeno. Una volta che dipingiamo qualcosa con un colore strutturale, dovrebbe durare secoli”. Inoltre, poiché la vernice plasmonica riflette l'intero spettro infrarosso, viene assorbito meno calore dalla vernice, con il risultato che la superficie sottostante rimane da 25 a 30 gradi Fahrenheit più fredda di quanto sarebbe se fosse ricoperta con vernice commerciale standard, dice il ricercatore. “Oltre il 10% dell’elettricità totale negli Stati Uniti va verso l’uso del condizionatore d’aria”, afferma Chanda. “La differenza di temperatura promessa dalla vernice plasmonica porterebbe a notevoli risparmi energetici. Usare meno elettricità per il raffreddamento ridurrebbe anche le emissioni di anidride carbonica, diminuendo il riscaldamento globale”. Anche la vernice plasmonica è estremamente leggera, afferma il ricercatore. Ciò è dovuto all'ampio rapporto area-spessore della vernice, con la colorazione completa ottenuta con uno spessore di soli 150 nanometri, che la rende la vernice più leggera al mondo, afferma Chanda. La vernice è così leggera che solo circa 3 libbre di vernice plasmonica potrebbero coprire un Boeing 747, che normalmente richiede più di 1,000 libbre di vernice convenzionale, dice. Chanda afferma che il suo interesse per il colore strutturale deriva dalla vivacità delle farfalle. "Da bambino, ho sempre desiderato costruire una farfalla", dice.

Ricerca futura

Chanda afferma che i prossimi passi del progetto includono un'ulteriore esplorazione degli aspetti di risparmio energetico della vernice per migliorarne la fattibilità come vernice commerciale. "La vernice a pigmenti convenzionale viene prodotta in grandi impianti dove si possono produrre centinaia di litri di vernice", afferma. “In questo momento, a meno che non si passi attraverso il processo di espansione, è ancora costoso produrre in un laboratorio accademico”. "Dobbiamo portare sul tavolo qualcosa di diverso, come l'atossicità, l'effetto rinfrescante e il peso ultraleggero, che le altre vernici convenzionali non possono." dice Chanda.