สีประหยัดพลังงานชนิดแรกของโลกที่ได้รับแรงบันดาลใจจากผีเสื้อ

09 มี.ค. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) นักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัย Central Florida Debashis Chanda ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ในศูนย์เทคโนโลยี NanoScience ของ UCF ได้รับแรงบันดาลใจจากผีเสื้อเพื่อสร้างทางเลือกแรกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ขนาดใหญ่และมีหลายสีแทนสีที่ใช้เม็ดสี ซึ่งสามารถนำไปสู่การประหยัดพลังงานและ ช่วยลดภาวะโลกร้อน การพัฒนาได้รับการเผยแพร่ใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า เป็นบทความแนะนำ (“สีโครงสร้างพลาสโมนิคแบบเบาพิเศษ”). สีพลาสโมนิกที่พัฒนาโดย UCF ใช้การจัดเรียงโครงสร้างระดับนาโนของวัสดุไร้สี — อะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมออกไซด์ — แทนที่จะใช้เม็ดสีเพื่อสร้างสี ที่นี่ใช้สีพลาสโมนิกกับปีกของผีเสื้อโลหะ ซึ่งเป็นแมลงที่เป็นแรงบันดาลใจในการวิจัย (ภาพ: UCF) “สีสันและเฉดสีต่างๆ ในโลกธรรมชาตินั้นน่าทึ่งมาก ตั้งแต่ดอกไม้ นก และผีเสื้อสีสันสดใส ไปจนถึงสิ่งมีชีวิตใต้น้ำ เช่น ปลาและปลาหมึก” Chanda กล่าว “สีโครงสร้างทำหน้าที่เป็นกลไกการสร้างสีหลักในสิ่งมีชีวิตหลายชนิดที่สดใสมาก ซึ่งการจัดเรียงทางเรขาคณิตของวัสดุที่ไม่มีสีสองชนิดโดยทั่วไปทำให้เกิดสีทั้งหมด ในทางกลับกัน เม็ดสีที่มนุษย์สร้างขึ้นนั้นจำเป็นต้องมีโมเลกุลใหม่สำหรับทุกสีที่มีอยู่” จากแรงบันดาลใจทางชีวภาพดังกล่าว กลุ่มวิจัยของ Chanda ได้คิดค้นสีพลาสโมนิก ซึ่งใช้การจัดเรียงโครงสร้างระดับนาโนของวัสดุไร้สี — อะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมออกไซด์ — แทนที่จะใช้เม็ดสีเพื่อสร้างสี ในขณะที่สารสีที่เป็นเม็ดสีจะควบคุมการดูดกลืนแสงตามคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของสารสี และด้วยเหตุนี้ทุกสีจึงต้องการโมเลกุลใหม่ สารสีที่มีโครงสร้างจะควบคุมวิธีการสะท้อนของแสง กระจัดกระจาย หรือถูกดูดกลืนโดยขึ้นอยู่กับการจัดเรียงทางเรขาคณิตของโครงสร้างนาโนเท่านั้น สีที่มีโครงสร้างดังกล่าวเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากใช้เฉพาะโลหะและออกไซด์ ซึ่งแตกต่างจากสีที่ใช้เม็ดสีในปัจจุบันซึ่งใช้โมเลกุลที่สังเคราะห์ขึ้นเอง นักวิจัยได้รวมเกล็ดสีโครงสร้างเข้ากับสารยึดเกาะเชิงพาณิชย์เพื่อสร้างสีที่ติดทนนานทุกสี “สีปกติจะจางลงเพราะเม็ดสีสูญเสียความสามารถในการดูดซับโฟตอน” Chanda กล่าว “ที่นี่ เราไม่ได้ถูกจำกัดด้วยปรากฏการณ์นั้น เมื่อเราทาสีบางอย่างด้วยสีโครงสร้าง มันควรจะคงอยู่ไปอีกหลายศตวรรษ” นอกจากนี้ เนื่องจากสีพลาสโมนิกสะท้อนสเปกตรัมอินฟราเรดทั้งหมด ความร้อนจึงถูกดูดซับโดยสีน้อยลง ส่งผลให้พื้นผิวด้านล่างมีอุณหภูมิ 25 ถึง 30 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งเย็นกว่าหากเคลือบด้วยสีมาตรฐานทั่วไป “มากกว่า 10% ของไฟฟ้าทั้งหมดในสหรัฐอเมริกา ไปสู่การใช้เครื่องปรับอากาศ” Chanda กล่าว “สัญญาสีพลาสโมนิคความแตกต่างของอุณหภูมิจะนำไปสู่การประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ การใช้ไฟฟ้าน้อยลงในการทำความเย็นจะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ช่วยลดภาวะโลกร้อน” นักวิจัยกล่าวว่าสี Plasmonic มีน้ำหนักเบามาก นี่เป็นเพราะอัตราส่วนพื้นที่ต่อความหนาของสีที่มาก ด้วยการลงสีอย่างสมบูรณ์ที่ความหนาของสีเพียง 150 นาโนเมตร ทำให้มันเป็นสีที่เบาที่สุดในโลก Chanda กล่าว สีดังกล่าวมีน้ำหนักเบามากจนสีพลาสโมนิกเพียง 3 ปอนด์สามารถครอบคลุมเครื่องบินโบอิ้ง 747 ซึ่งปกติต้องใช้สีธรรมดามากกว่า 1,000 ปอนด์ เขากล่าว Chanda กล่าวว่าความสนใจในสีของโครงสร้างเกิดจากความมีชีวิตชีวาของผีเสื้อ “ตอนเป็นเด็ก ผมอยากสร้างผีเสื้อมาโดยตลอด” เขากล่าว

การวิจัยในอนาคต

Chanda กล่าวว่าขั้นตอนต่อไปของโครงการ ได้แก่ การสำรวจเพิ่มเติมเกี่ยวกับการประหยัดพลังงานของสีเพื่อปรับปรุงความสามารถในการใช้งานเป็นสีเชิงพาณิชย์ “สีพ่นสีทั่วไปผลิตขึ้นในโรงงานขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถผลิตสีได้หลายร้อยแกลลอน” เขากล่าว “ในขณะนี้ เว้นแต่เราจะผ่านกระบวนการเพิ่มขนาด การผลิตในห้องปฏิบัติการทางวิชาการยังคงมีราคาแพง” “เราจำเป็นต้องนำสิ่งที่แตกต่าง เช่น ไม่เป็นพิษ ผลการระบายความร้อน น้ำหนักเบาพิเศษ มาสู่ตารางที่สีทั่วไปอื่นๆ ไม่สามารถทำได้” จันดา พูดว่า.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62528.php