Ученые создали самую легкую краску в мире: всего 3 фунта покрывает Boeing 747
Исследователи разработали новую энергосберегающую краску, которая отталкивает тепло, доступна в любом цвете и должна служить веками. Это также самая легкая краска, созданная на сегодняшний день.
Вдохновленная крыльями бабочки, эта краска не состоит из пигмента. Вместо этого цвет создается структурно за счет расположения наночастиц. Команда называет это «плазмонной краской».
По их расчетам, чтобы покрыть Боинг-747, потребуется всего 1,4 кг (3 фунта) плазмонной краски — вам понадобится не менее 454 кг ( 1000 фунтов) обычной коммерческой краски, чтобы сделать то же самое.
Это означает, что она может значительно снизить количество парниковых газов, необходимых для полета.
Чтобы было ясно, эта краска была только создана в лаборатории, поэтому нам еще далеко до ее массового производства.
Но исследователи уже создали краску различных цветов, используя методы, которые легко масштабируется, и это то, над чем они будут работать дальше.
Одним из основных мотивов для вывода этой краски на рынок является то, что она также может помочь сохранять конструкции более прохладными: структура плазмонной краски отражает весь инфракрасный спектр, поэтому выделяется меньше тепла. впитывается.
Исследователи говорят, что поверхности под новой краской остаются на 13-16 градусов по Цельсию (25-30 градусов по Фаренгейту) холоднее, чем если бы они были покрыты обычной коммерческой краской.
«Более 10 процентов всей электроэнергии в США расходуется на использование кондиционеров», — говорит наноученый Дебашис Чанда из Университета Центральной Флориды, возглавлявший команду, создавшую краску.
«Разница температур плазмонная Обещания о краске приведут к значительной экономии энергии. Использование меньшего количества электроэнергии для охлаждения также сократит выбросы углекислого газа и уменьшит глобальное потепление».
В настоящее время для создания цвета краскам на основе пигментов требуются определенные молекулы, и обычно в современных красках эти пигменты синтезируются искусственно.
Электронные свойства каждой молекулы определяют количество поглощаемого света и, следовательно, цвет краски. Это означает, что для каждого нового цвета краски должен быть новый пигмент.
Вместо этого в плазмонной краске используются наночастицы двух бесцветных материалов – алюминия и оксида алюминия. Размещая их по-разному поверх алюминиевого зеркала с оксидным покрытием, можно контролировать, как свет рассеивается, отражается или поглощается.
Подобный процесс отвечает за насыщенный цвет крыльев бабочки.
«Разнообразие цветов и оттенков в мире природы поразительно — от ярких цветов, птиц и бабочек до подводных существ, таких как рыбы и головоногие моллюски», — говорит Чанда.
«Структурный цвет служит основным механизмом генерации цвета у нескольких чрезвычайно ярких видов, где геометрическое расположение обычно двух бесцветных материалов дает все цвета. С другой стороны, с [искусственным] пигментом для каждого присутствующего цвета требуются новые молекулы. «
Структурный цвет — это то, что делает краску такой легкой — при толщине всего 150 нанометров краска достигает полной окраски, что делает ее самой светлой краской за всю историю наблюдений.
В ходе этого исследования команда создала структурную краску с помощью электронно-лучевого испарителя, который нагревает вещество с строго контролируемой скоростью.
>Это контролируемое испарение позволяет небольшим кластерам наночастиц алюминия самособираться — атомы алюминия сильнее притягиваются друг к другу, чем к оксидной подложке, на которой они выращены, поэтому они естественным образом слипаются.
Путем настройки давления и температуры электронно-лучевого испарителя, команда может создавать структуры, отражающие разные цвета.
«Важно отметить, что этот процесс с контролируемым давлением и температурой обеспечивает высокую воспроизводимость на обширных участках за один шаг. , снижая стоимость производства и обеспечивая крупномасштабное производство», — пишет команда в своей статье.
Исследователи также объединили свои структурные цветные хлопья с коммерческим связующим, что означает, что краска будет прослужат сотни лет — по крайней мере, теоретически.
«Нормальный цвет тускнеет, потому что пигмент теряет способность поглощать фотоны», — говорит Чанда.
«Здесь мы не ограничивается этим явлением. Как только мы красим что-то структурным цветом, он должен оставаться на века.»
Это не первый новый вид краски, который обещает невероятные свойства. Многие из вас слышали о Vantablack — одном из самые черные краски в мире, способные поглощать 99,96 процента света.
Подобно плазмонной краске, эта сверхчерность является результатом крошечных углеродных нанотрубок, и с тех пор на основе того же метода были созданы еще более черные краски. .
Существует также ультрабелая краска, которая отражает 98,1% всего света и обещает значительно снизить потребность в кондиционировании воздуха. Но в отличие от плазмонной краски, ультрабелая краска основана на пигментах, отражающих свет, и Vantablack в настоящее время поставляется только в одном цвете.
Тем не менее, нам еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем мы все настроим свои собственные цвета плазмонной краски и будем использовать всего одну крошечную банку, чтобы покрасить весь дом.
«Обычная пигментная краска производится на больших предприятиях, где они могут производить сотни галлонов краски», – говорит Чанда.
«На данный момент, если мы не пройдем процесс масштабирования, по-прежнему дорого производить в академической лаборатории».
Исследование опубликовано в Science Advances.
