Вчені створили найлегшу у світі фарбу: півторакілограмова суміш дозволить пофарбувати авіалайнер

31.03.2023, 12:43 meta.ua

Вчені створили найлегшу фарбу у світі, яка має енергозберігаючі властивості, відбиває тепло та може служити століттям. Натхненна крилами метелика, ця фарба не виготовлена ​​з пігменту. Натомість колір створюється структурно через розташування наночастинок. Команда дослідників називає це "плазмонною фарбою".

Деталі

Виходячи з розрахунків вчених, для покриття Боїнга 747 знадобилося б лише 1,4 кілограма плазмонної фарби. Щоб зробити те саме зі звичайною фарбою, вам знадобилося б щонайменше 454 кілограми суміші. Це означає, що пофарбований плазмонною фарбою літак, викине в атмосферу менше парникових газів.

Наразі ця фарба була створена лише в лабораторії, тому ми далекі від її масового виробництва. Але дослідники вже зробили фарбу в різних кольорах, використовуючи технології, які можна легко масштабувати, тому комерційне виробництво теоретично можливе.

Одним із важливих мотивів для виведення цієї фарби на ринок є те, що вона також може допомогти зберегти конструкції холоднішими: структура плазмонної фарби відображає весь інфрачервоний спектр, тому пофарбовані нею об'єкти поглинають менше тепла.

Дослідники заявляють, що поверхні під новою фарбою залишаються на 13-16 градусів за Цельсієм холоднішими, ніж під звичайною фарбою. Керівник команди розробників плазмонної фарби, нанонауковець Дебашіс Чанда з Університету Центральної Флориди зазначає:

Понад 10% загальної електроенергії в США витрачається на використання кондиціонерів. Різниця температур, яку обіцяє плазмонна фарба, призведе до значної економії енергії. Використання меншої кількості електроенергії для охолодження також зменшить викиди вуглекислого газу, зменшуючи глобальне потепління.

Зараз фарби на основі пігментів потребують специфічних молекул для створення кольору, і зазвичай у сучасних фарбах ці пігменти синтезуються штучно. Електронні властивості кожної молекули контролюють, скільки світла поглинається і, отже, колір фарби. Це означає, що для кожного нового кольору фарби потрібен новий пігмент.

Натомість плазмонна фарба використовує наночастинки двох безбарвних матеріалів – алюмінію та оксиду алюмінію. Розташувавши їх різними способами на алюмінієвому дзеркалі з оксидним покриттям, можна контролювати, як світло розсіюється, відбивається чи поглинається. Подібний процес відповідає за насичений колір крил метелика. Чанда пояснює:

Діапазон кольорів і відтінків у природному світі вражаючий – від барвистих квітів, птахів і метеликів до підводних істот, таких як риби та головоногі молюски. Структурний колір служить основним механізмом створення кольору в кількох надзвичайно яскравих видів, де геометричне розташування зазвичай двох безбарвних матеріалів створює всі кольори. З іншого боку, зі звичайним пігментом потрібні нові молекули для кожного наявного кольору.

Структурний колір робить фарбу настільки легкою: за товщини всього 150 нанометрів фарба досягає повного кольору, що робить її найлегшою фарбою в історії.

У новому дослідженні команда створила структурну фарбу за допомогою електронно-променевого випарника, який нагріває речовину з чітко контрольованою швидкістю. Це контрольоване випаровування дозволяє невеликим кластерам наночастинок алюмінію самозбиратися – атоми алюмінію притягуються один до одного більше, ніж оксидна підкладка, на якій вони вирощені, тому вони природним чином злипаються.

Налаштовуючи тиск і температуру електронно-променевого випарника, команда може створювати структури, які відображають різні кольори. У дослідженні зазначено:

Важливо те, що цей процес із контрольованим тиском і температурою забезпечує високу відтворюваність на широких площах за один крок, знижуючи вартість виробництва та уможливлюючи великомасштабне виготовлення.

Творці плазмонної фарби зазначають, що вона має здатність служити століттями, адже звичайний колір блідне, тому що пігмент втрачає здатність поглинати фотони, а структурний колір необмежений цим явищем.

Проте, попри всі переваги нової розробки, така фарба залишатиметься невигідною, доки її виробництво не буде масштабоване й не перейде з лабораторій до великих підприємств.

Раніше ми повідомляли, що вчені створили гігантську фрикадельку, виготовлену з м’яса вимерлого 10 тисяч років тому шерстистого мамонта. "Мамонтятину" виростили в лабораторії, заявивши, що білок з минулого вказав шлях до їжі майбутнього.