Вдъхновен от пеперудите, учен създава най-леката боя в света

Ваня Милева Последна промяна на 04 април 2023 в 00:01 4001 0

Бои Цветове Пигменти

Кредит Pxhere (CC0 Public Domain)

Екологична, лека боя, вдъхновена от пеперудите е разработена от изследовател от Университета на Централна Флорида. Плазмоничната боя използва наномащабни структури вместо пигменти, което води до енергийно ефективни и дълготрайни цветове. Това е и най-леката боя в света, с пълноценно оцветяване, постигнато само при дебелина от 150 нанометра.

Вместо базирана на пигменти цветна боя, която изисква изкуствено синтезирани молекули, изследовател на Университета на Централна Флорида е разработил алтернативен начин за производство на цветна боя, която е по-естествена, екологична и лека.

Изследовател е разработил екологично чиста, лека и дълготрайна боя, вдъхновена от пеперудите. Вместо да използва изкуствено синтезирани пигментни молекули, плазмоничната боя използва наномащабни структурни подредби от безцветни материали, като алуминий и алуминиев оксид и така произвежда цветове.

Този структурен цвят е по-екологичен и енергийно ефективен, тъй като отразява целия инфрачервен спектър, като поддържа повърхностите по-хладни и потенциално намалява използването на климатик. Освен това боята е изключително лека, с плътно оцветяване, постигнато при дебелина от само 150 нанометра, което я прави най-леката боя в света. Бъдещите изследвания ще се съсредоточат върху увеличаване на производството и изследване на енергоспестяващия потенциал на боята за приложения за пазара.

Изследователят от Университета на Централна Флорида Дебашис Чанда (Debashis Chanda), професор в NanoScience Technology Center на Университета на Централна Флорида, е почерпил вдъхновение от пеперудите, за да създаде първата екологична, широкомащабна и многоцветна алтернатива на базираните на пигменти оцветители, която може да допринесе за усилията за пестене на енергия и да помогне за намаляване на глобалното затопляне.

Разработката е публикувана в списанието Science Advances.

Пеперуди с плазмонна бояРазработената от Университета на Централна Флорида плазмонична боя използва наномащабно структурно подреждане на безцветни материали - алуминий и алуминиев оксид - вместо пигменти за създаване на цветове. Тук плазмоничната боя е нанесена върху крилата на метални пеперуди, насекомото, което вдъхновява изследването. Кредит: University of Central Florida

„Гамата от цветове и нюанси в естествения свят е удивителна – от цветя, птици и пеперуди до подводни създания като риби и главоноги“, коментира Чанда. „Структурният цвят служи като основен механизъм за генериране на цвят в няколко изключително ярки вида, където геометричното подреждане на обикновено два безцветни материала произвежда всички цветове. От друга страна, с изкуствения пигмент са необходими нови молекули за всеки присъстващ цвят.

Въз основа на такива вдъхновения от природата, изследователската група на Чанда създава плазмонична боя, която използва наномащабно структурно подреждане на безцветни материали - алуминий и алуминиев оксид - вместо пигменти за създаване на цветове.

Докато пигментните оцветители контролират абсорбцията на светлина въз основа на електронното свойство на пигментния материал и следователно всеки цвят се нуждае от нова молекула, структурните оцветители контролират начина, по който светлината се отразява, разпръсква или абсорбира въз основа единствено на геометричното разположение на наноструктурите.

Такива структурни цветове са екологични, тъй като използват само метали и оксиди, за разлика от настоящите базирани на пигменти цветове, които използват изкуствено синтезирани молекули.

Изследователите са комбинирали своите структурни цветни люспи с обикновено свързващо вещество, за да образуват дълготрайни бои от всички цветове.

Дебашис Чанда, професор в NanoScience Technology Center на Университета на Централна Флорида, черпи вдъхновение от пеперудите, за да създаде иновативната нова плазмонична боя, показана тук, нанесена върху метални крила на пеперуда. Кредит: University of Central Florida

Боите на Чанда имат независими от ъгъла и поляризацията ярки структурни цветове. Произведени чрез широкомащабни техники, те могат да се използват върху всякакви основи. Платформата предлага пълно оцветяване с един слой пигмент, повърхностна плътност 0,4 г/м², което я прави най-леката боя в света.

„Нормалния цвят избледнява, защото пигментът губи способността си да абсорбира фотони“, обяснява Чанда. „Тук не сме ограничени от този феномен. След като се нарисува нещо със структурен цвят, той трябва да остане непроменен за векове.

Освен това, тъй като плазмоничната боя отразява целия инфрачервен спектър, по-малко топлина се абсорбира от боята, заради което долната повърхност остава с 1 до 4 градуса по-студена, отколкото ако бе покрита със стандартна търговска боя, отбелязва изследователят.

„Температурната разлика, която плазмоничната боя обещава, ще доведе до значителни икономии на енергия. Използването на по-малко електричество за охлаждане също би намалило емисиите на въглероден диоксид, намалявайки глобалното затопляне", отбелязва Чанда.

Плазмоничната боя също е изключително лека, продължава изследователят.

Това се дължи на голямото съотношение площ към дебелина на боята, с плътно оцветяване, постигнато при дебелина на боята от само 150 нанометра, което я прави най-леката боя в света, посочва Чанда.

Боята е толкова лека, че само около 1.5 кг плазмонична боя може да покрие Boeing 747, което обикновено изисква повече от 450 кг обикновена боя, обяснява изобретателят.

Чанда разказва, че интересът му към структурния цвят идва от пеперудите.

„Като дете винаги съм искал да направя пеперуда“, споделя изследователят. „Цветът привлича интереса ми.“

Чанда разказва, че следващите стъпки на проекта включват по-нататъшно проучване на енергоспестяващите аспекти на боята, за да се подобри нейната жизнеспособност като търговска боя.

„Конвенционалната пигментна боя се произвежда в големи съоръжения, където могат да се изразходят стотици галони боя“, отбелязва той. „В този момент, освен ако не преминем през процеса на мащабиране, това ще е скъпо да се произвежда в академична лаборатория.“

„Трябва да предложим нещо различно като нетоксичност, охлаждащ ефект, свръхлеко тегло, което другите конвенционални бои не могат“, заявява Чанда.

Справка: “Ultralight plasmonic structural color paint” by Pablo Cencillo-Abad, Daniel Franklin, Pamela Mastranzo-Ortega, Javier Sanchez-Mondragon and Debashis Chanda, 8 March 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adf7207

Източник: Inspired by Butterflies: Scientist Creates the Lightest Paint in the World
University Of Central Florida

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !