Farba plazmoniczna ekologiczną alternatywą dla farb pigmentowych
Zamiast farby na bazie pigmentu, która wymaga sztucznie syntetyzowanych cząsteczek, naukowcy opracowali alternatywny sposób produkcji kolorowej farby – bardziej naturalnej i przyjaznej dla środowiska.
Badacz z University of Central Florida, Debashis Chanda, profesor w NanoScience Technology Center UCF, pierwszą przyjazną dla środowiska, wielkoskalową i wielokolorową alternatywę dla barwników na bazie pigmentów, która może przyczynić się do oszczędności energii i pomóc zmniejszyć globalne ocieplenie, tworzył zainspirowany motylami.
– Zakres kolorów i odcieni w świecie przyrody jest zdumiewający – od kolorowych kwiatów, ptaków i motyli po podwodne stworzenia, takie jak ryby i głowonogi – mówi Chanda. – Z jednej strony kolor strukturalny służy jako podstawowy mechanizm generowania koloru u kilku niezwykle żywych gatunków, gdzie geometryczny układ zazwyczaj dwóch bezbarwnych materiałów daje wszystkie kolory. Z drugiej w przypadku pigmentu stworzonego przez człowieka dla każdego obecnego koloru potrzebne są nowe cząsteczki.
Opierając się na takich bioinspiracjach, grupa badawcza Chandy opracowała innowacyjną farbę plazmoniczną, która do tworzenia kolorów wykorzystuje układ strukturalny w nanoskali bezbarwnych materiałów – aluminium i tlenku glinu – zamiast pigmentów. Podczas gdy barwniki pigmentowe kontrolują absorpcję światła, opierając się na właściwościach elektronicznych materiału pigmentowego, a zatem każdy kolor wymaga nowej cząsteczki, barwniki strukturalne kontrolują sposób odbijania, rozpraszania lub pochłaniania światła, bazując wyłącznie na geometrycznym układzie nanostruktur.
– Normalny kolor blaknie, ponieważ pigment traci zdolność pochłaniania fotonów – mówi Chanda. – Tutaj nie jesteśmy ograniczeni przez to zjawisko. Kiedy pomalujemy coś kolorem strukturalnym, powinno to pozostać na wieki.
Ponadto, ponieważ farba plazmoniczna odbija całe spektrum podczerwieni, mniej ciepła jest przez nią pochłaniane, w wyniku czego powierzchnia pod spodem pozostaje o 25 do 30 stopni Fahrenheita chłodniejsza, niż gdyby była pokryta standardową komercyjną farbą.
– Ponad 10% całkowitej energii elektrycznej w USA idzie na klimatyzatory – mówi Chanda. – Różnica temperatur, która wiąże się z farbą plazmoniczną, doprowadziłaby do znacznych oszczędności energii. Zużywanie mniejszej ilości energii elektrycznej do chłodzenia zmniejszyłoby również emisję dwutlenku węgla, a tym samym globalne ocieplenie.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Już około 3 funtów farby plazmonicznej może pokryć Boeinga 747, który normalnie wymaga ponad 1000 funtów konwencjonalnej farby.
Jak twierdzi Chanda, kolejne etapy projektu obejmują dalsze badanie energooszczędnych aspektów farby w celu poprawienia jej żywotności jako farby komercyjnej.
– Konwencjonalna farba pigmentowa jest wytwarzana w dużych zakładach, w których można wyprodukować jej setki galonów – mówi naukowiec. – W tej chwili, o ile nie przejdziemy przez proces zwiększania skali, produkcja w laboratorium akademickim jest nadal droga. Musimy wnieść do projektu jeszcze coś innego, np. nietoksyczność, efekt chłodzenia, ultralekką wagę – coś, czego nie mogą zapewnić konwencjonalne farby.
Źródło: University of Central Florida
.jpg)
