Sơn tiết kiệm năng lượng đầu tiên trên thế giới lấy cảm hứng từ loài bướm

Sơn tiết kiệm năng lượng đầu tiên trên thế giới lấy cảm hứng từ loài bướm

Dấu thời gian: Ngày 9 tháng 2023 năm 4 25:XNUMX sáng
Nút nguồn: 2001727
09/2023/XNUMX (Tin tức Nanowerk) Nhà nghiên cứu Debashis Chanda của Đại học Central Florida, giáo sư tại Trung tâm Công nghệ Khoa học Nano của UCF, đã lấy cảm hứng từ loài bướm để tạo ra chất thay thế nhiều màu, thân thiện với môi trường, quy mô lớn đầu tiên cho các chất tạo màu dựa trên sắc tố, có thể góp phần vào nỗ lực tiết kiệm năng lượng và giúp giảm sự nóng lên toàn cầu. Sự phát triển đã được xuất bản trong Những tiến bộ khoa học như một bài báo nổi bật (“Sơn màu cấu trúc plasmonic siêu nhẹ”). mô hình bướm trên cỏ Sơn plasmonic do UCF phát triển sử dụng sự sắp xếp cấu trúc ở cấp độ nano của các vật liệu không màu—nhôm và oxit nhôm—thay vì các sắc tố để tạo màu. Ở đây, sơn plasmonic được áp dụng cho cánh của những con bướm kim loại, loài côn trùng đã truyền cảm hứng cho nghiên cứu. (Hình ảnh: UCF) “Phạm vi màu sắc và sắc độ trong thế giới tự nhiên thật đáng kinh ngạc — từ những bông hoa sặc sỡ, chim và bướm cho đến những sinh vật dưới nước như cá và động vật chân đầu,” Chanda nói. “Màu cấu trúc đóng vai trò là cơ chế tạo màu chính ở một số loài cực kỳ sống động, trong đó sự sắp xếp hình học của hai vật liệu không màu điển hình tạo ra tất cả các màu. Mặt khác, với sắc tố nhân tạo, các phân tử mới là cần thiết cho mọi màu hiện có.” Dựa trên những nguồn cảm hứng sinh học như vậy, nhóm nghiên cứu của Chanda đã đổi mới một loại sơn plasmonic, sử dụng sự sắp xếp cấu trúc cấp độ nano của các vật liệu không màu — nhôm và ôxít nhôm — thay vì các sắc tố để tạo màu. Trong khi các chất tạo màu sắc tố kiểm soát sự hấp thụ ánh sáng dựa trên đặc tính điện tử của vật liệu sắc tố và do đó, mỗi màu cần một phân tử mới, thì các chất tạo màu cấu trúc kiểm soát cách ánh sáng được phản xạ, tán xạ hoặc hấp thụ hoàn toàn dựa trên sự sắp xếp hình học của các cấu trúc nano. Những màu cấu trúc như vậy thân thiện với môi trường vì chúng chỉ sử dụng kim loại và oxit, không giống như các màu dựa trên sắc tố hiện tại sử dụng các phân tử tổng hợp nhân tạo. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các vảy màu cấu trúc của họ với chất kết dính thương mại để tạo thành các loại sơn bền màu với mọi màu sắc. Chanda nói: “Màu bình thường nhạt dần vì sắc tố mất khả năng hấp thụ photon. “Ở đây, chúng tôi không bị giới hạn bởi hiện tượng đó. Một khi chúng ta sơn thứ gì đó bằng màu cấu trúc, nó sẽ tồn tại hàng thế kỷ.” Ngoài ra, do sơn plasmonic phản chiếu toàn bộ quang phổ hồng ngoại nên sơn hấp thụ ít nhiệt hơn, dẫn đến bề mặt bên dưới mát hơn từ 25 đến 30 độ F so với khi được phủ bằng sơn thương mại tiêu chuẩn, nhà nghiên cứu cho biết. “Hơn 10% tổng lượng điện ở Mỹ Chanda nói. “Sơn plasmonic chênh lệch nhiệt độ hứa hẹn sẽ giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể. Sử dụng ít điện hơn để làm mát cũng sẽ cắt giảm lượng khí thải carbon dioxide, làm giảm sự nóng lên toàn cầu.” Nhà nghiên cứu cho biết sơn Plasmonic cũng cực kỳ nhẹ. Điều này là do tỷ lệ diện tích trên độ dày lớn của sơn, với đầy đủ màu sắc đạt được ở độ dày sơn chỉ 150 nanomet, khiến nó trở thành loại sơn nhẹ nhất trên thế giới, Chanda nói. Ông cho biết loại sơn này nhẹ đến mức chỉ khoảng 3 pound sơn plasmonic có thể phủ lên một chiếc Boeing 747, loại sơn thông thường cần tới hơn 1,000 pound sơn thông thường. Chanda cho biết sở thích của anh đối với màu sắc cấu trúc bắt nguồn từ sự sống động của những con bướm. “Khi còn bé, tôi luôn muốn chế tạo một con bướm,” anh nói.

Nghiên cứu Tương lai

Chanda cho biết các bước tiếp theo của dự án bao gồm việc khám phá thêm các khía cạnh tiết kiệm năng lượng của sơn để cải thiện khả năng tồn tại của nó dưới dạng sơn thương mại. Ông nói: “Sơn bột màu thông thường được sản xuất tại các cơ sở lớn, nơi họ có thể sản xuất hàng trăm gallon sơn. “Tại thời điểm này, trừ khi chúng tôi trải qua quá trình mở rộng quy mô, việc sản xuất tại phòng thí nghiệm hàn lâm vẫn rất tốn kém.” “Chúng tôi cần mang đến những thứ khác biệt như không độc hại, hiệu quả làm mát, trọng lượng siêu nhẹ, mà các loại sơn thông thường khác không làm được.” Chanda nói.

Dấu thời gian:

Thêm từ công trình nano