Перша в світі енергозберігаюча фарба створена за мотивами метеликів

09 березня 2023 (Новини Nanowerk) Дослідник Університету Центральної Флориди Дебашіс Чанда, професор Технологічного центру нанонауки UCF, черпав натхнення у метеликах, щоб створити першу екологічно чисту, масштабну та багатоколірну альтернативу барвникам на основі пігментів, яка може сприяти енергозбереженню та допомогти зменшити глобальне потепління. Розробка опублікована в Наука розвивається як вибрана стаття («Надлегка плазмонна структурна кольорова фарба»). Розроблена UCF плазмонна фарба використовує нанорозмірне структурне розташування безбарвних матеріалів — алюмінію та оксиду алюмінію — замість пігментів для створення кольорів. Тут плазмонічну фарбу наносять на крила металевих метеликів, комах, які надихнули дослідження. (Зображення: UCF) «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 в них використовуються лише метали та оксиди, на відміну від сучасних фарб на основі пігментів, які використовують штучно синтезовані молекули. Дослідники поєднали свої структурні кольорові пластівці з комерційним сполучним, щоб утворити довготривалі фарби всіх кольорів. «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 йде на використання кондиціонера, — 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 1,000 фунтів звичайної фарби. Чанда каже, що його інтерес до структурного кольору випливає з яскравості метеликів. «У дитинстві я завжди хотів побудувати метелика, — каже він.

Майбутні дослідження

Чанда каже, що наступні кроки проекту включають подальше дослідження енергозберігаючих аспектів фарби для підвищення її життєздатності як комерційної фарби. «Звичайну пігментну фарбу виготовляють на великих підприємствах, де можна виготовляти сотні галонів фарби», — каже він. «На даний момент, якщо ми не підемо через процес масштабування, виробництво в академічній лабораторії все ще буде дорогим». «Нам потрібно принести щось інше, наприклад, нетоксичність, охолоджуючий ефект, надлегку вагу, чого не можуть інші звичайні фарби». Чанда каже.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62528.php