Een scheikundeonderzoeker van de Oregon State University die tien jaar geleden geschiedenis schreef met de toevallige ontdekking van het eerste nieuwe blauwe anorganische pigment in meer dan twee eeuwen, duwt de wetenschap van kleur opnieuw vooruit.

Analyse van de kristalstructuur van pigmenten op basis van hiboniet, een mineraal gevonden in meteorieten, Mas Subramanian van het OSU College of Science heeft de weg vrijgemaakt voor het ontwerpen van meer pigmenten die stabiel, duurzaam en niet giftig met levendige tinten.

Bevindingen uit het onderzoek, ondersteund door de National Science Foundation, werden gepubliceerd in het tijdschrift American Chemical Society, ACS Omega .

Subramanian en zijn team ontdekten YInMn-blauw in 2009 toen ze aan het experimenteren waren met nieuwe materialen die in elektronische toepassingen konden worden gebruikt.

"We hadden de eerste keer geluk met YInMn blauw, en nu hebben we een aantal ontwerpprincipes bedacht, ' zei Subramanian.

Door een groot deel van de opgetekende menselijke geschiedenis, mensen over de hele wereld hebben gezocht naar anorganische verbindingen die kunnen worden gebruikt om dingen blauw te schilderen, vaak met beperkt succes. De meeste hadden milieu- of duurzaamheidsproblemen.

"De meeste pigmenten worden bij toeval ontdekt, zei Subramanian. "De reden is dat de oorsprong van de kleur van een materiaal niet alleen afhangt van de chemische samenstelling, maar ook over de ingewikkelde rangschikking van atomen in de kristalstructuur. Dus iemand moet eerst het materiaal maken, bestudeer dan de kristalstructuur grondig om de kleur te verklaren."

Voordat YInMn blauw, de laatste blauwe ontdekking was blauw op basis van kobaltaluminiumoxide, gesynthetiseerd door een Franse chemicus in 1802. Kobaltblauw blijft een dominant commercieel pigment vanwege de intensiteit van de kleur, gemak van synthese en brede toepasbaarheid.

zijn productie, echter, vereist een aanzienlijke hoeveelheid kobaltion, Co ²⁺ , dat is gevaarlijk voor zowel mens als milieu.

Door de structuur van op hiboniet gebaseerde blauwe pigmenten te analyseren, Subramanian heeft een manier ontwikkeld om de levendigheid van kobaltblauw te evenaren of te overtreffen, terwijl veel minder van het schadelijke kankerverwekkende kobaltion wordt gebruikt, of helemaal vervangen.

De op hiboniet gebaseerde pigmenten zijn thermisch stabieler dan kobaltblauw vanwege hun hogere bereidingstemperatuur en blijven structureel en optisch ongewijzigd bij blootstelling aan sterk zuur en alkali.

De onderzoekers melden dat een oxide dat calcium bevat, aluminium, titanium samen met kobalt of nikkel kan kristalliseren tot een structuur die lijkt op hiboniet en die een reeks blauwe kleuren mogelijk maakt.

In vergelijking met traditioneel kobaltblauw, het nieuwe blauw kan worden "afgestemd" door aan te passen hoeveel kobalt (Co ²⁺ ), nikkel (Ni ²⁺ ) en titanium (Ti ⁴⁺ ) worden in de drie mogelijke "chromofoor" -omgevingen van de hibonietstructuur geplaatst; dat zijn de delen van een molecuul die de kleur bepalen door bepaalde golflengten van licht te reflecteren en andere te absorberen.

Deze studie toont aan dat de aanwezigheid van chromoforen in een "trigonale bipyramidaal-vormige kristalomgeving" - in wezen bestaande uit twee piramides met driehoekige basis die van basis tot basis zijn verbonden - van cruciaal belang is voor kleurverbetering.

"Dit deel van de kristalstructuur van hiboniet, zoals YInMn blauw, zorgt voor levendige blauwe kleuren met een roodachtige tint, Subramanian zei. "Het hibonietblauw vertoont een betere energiebesparing, warmtereflecterende eigenschappen dan traditioneel kobaltblauw door de aanwezigheid van titanium en een lager kobaltgehalte.

"In de natuur, hiboniet wordt alleen gevonden in meteorieten die zijn blootgesteld aan duizenden graden temperatuur wanneer ze door de atmosfeer van de aarde gaan, dus het is logisch dat de structuur opmerkelijk stabiel is, " voegde hij eraan toe. "Dit soort minerale structuren zijn waarschijnlijk de toekomst voor het ontwerpen van duurzame en veilige anorganische pigmenten."

Het bepalen van de belangrijkste structurele ingrediënten die nodig zijn voor het maken van levendige kleuren zou kortere tijden tussen pigmentontdekkingen mogelijk moeten maken, Subramanian zei, eraan toevoegend dat de wetenschap niet altijd een voorgeschreven pad volgt.

"Onderzoek is als wanneer je op reis gaat om iets te zien, en misschien toen je daar aankwam was het niet zo interessant als je dacht dat het zou zijn, maar wat je onderweg zag was interessanter dan je je had kunnen voorstellen."