Ученые создали самую легкую краску в мире: ей не нужен пигмент и она не греется на солнце

В статье, опубликованной в этом месяце в журнале Science Advances, продемонстрирована первая в своем роде краска, основанная на структурном цвете. Авторы считают ее самой легкой в мире — как с точки зрения веса, так и температуры.

Краска состоит из крохотных алюминиевых хлопьев, покрытых точками из мельчайших наночастиц алюминия. Чтобы покрасить дверь с двух сторон, достаточно небольшого количества — капли размером с изюминку.

Она достаточно легкая, чтобы потенциально сократить расход топлива окрашенных ей самолетов и автомобилей, при этом она не удерживает солнечное тепло, как другие пигменты, и ее составляющие менее токсичны, чем тяжелые металлы вроде кадмия и кобальта.

Команда из нанолаборатории Университета Центральной Флориды пришла к своему открытию случайно. Они собирались создать зеркало при помощи электронно-лучевая установки для напыления. Однако при каждой попытке на гладкой поверхности возникали «наноострова» — сгустки атомов, незаметные глазу, но снижающие блеск зеркала.

Затем пришло озарение: эта помеха на самом деле могла принести пользу. Когда рассеяный белый свет достигал наночастиц, электроны в металле начинали резонировать — колебаться или осциллировать. Но на наноуровне атомы становились особенно избирательны: в зависимости от размера частицы, электроны колебались только под световыми волнами определенной длины, отражая свет одного цвета.

Размещение частиц на отражающей поверхности — как зеркало, которое пытались создать исследователи — усиливало эффект. Цвет зависел от размера наночастиц.

Фото в тексте: DEBASHIS CHANDA / UCF

В отличие от пигментов, каждому из которых требуется своя базовая молекула, здесь в этом качестве всегда выступает алюминий.

Структурный цвет может покрыть всю поверхность — достаточно лишь очень тонкого слоя. Глава лаборатории Девашис Чанда уверен, что это очень важное открытие для авиаотрасли: чтобы покрасить самолет Boeing 747, потребуется около 500 кг обычной краски или 1,3 кг структурной. Это означает большую экономию на топливе.

Также структурная краска может оказаться более стойкой. Молекулы пигмента распадаются на солнечном свете, в отличие от молекул структурного цвета.

Кроме того, в отличие от обычной краски, структурная не поглощает инфракрасное излучение и не удерживает тепло. Предварительные эксперименты показали, что покрытые ей поверхности будут на 10-16°C холоднее по сравнению с обычной краской.

Дайна Баумайстер, содиректор Центра биомимикрии Аризонского государственного университета, считает, что это применять разработку можно не только в авиации. Такая краска позволит смягчить эффект «городского острова жары», который создает опасные и даже смертельные условия в городах.

Читайте по теме:

15-минутные города: что это и почему их критикуют

Этот материал помогает домам регулировать температуру, подстраиваясь под окружающую среду

Возможность сохранить прохладу в зданиях поможет создавать более устойчивую инфраструктуру. «Если снаружи 35°C, а внутри вы сможете поддерживать 26°C, это невероятная экономия на кондиционировании и энергии», — говорит Чанда.

Масштабировать разработку будет сложно, и для этого в лаборатории ищут промышленных партнеров. Баумайстер прогнозирует, что сначала краску будут применять для электроники или чувствительного к теплу производства.

Но она надеется, что вдохновленная природой технология достигнет такого уровня, как городская инфраструктура.

«Будущее человечества на планете зависит от нашего понимания, как нам сосуществовать с природой», — говорит она.

Источник.

Обложка снегерирована нейросетью Midjourney