Science >> Wetenschap >  >> anders

Vlinders inspireren tot de creatie van de lichtste verf ter wereld

De door UCF ontwikkelde plasmonische verf maakt gebruik van de structurele opstelling van kleurloze materialen - aluminium en aluminiumoxide - in plaats van pigmenten om kleuren te creëren. Hier wordt de plasmonische verf aangebracht op de vleugels van metalen vlinders, het insect dat de inspiratie vormde voor het onderzoek. Universiteit van Centraal-Florida

Als je de woorden ‘duurzame verf’ hoort, denk je misschien aan een verf zonder VOC’s, maar er is een nieuwe coating in de stad die belooft nog milieuvriendelijker te zijn. Zoals veel geweldige innovaties werd deze nieuwe verf per ongeluk ontdekt. Het was een mislukking bij het maken van spiegels die op structurele wijze de natuurlijk voorkomende kleuren van dieren nabootst. De wetenschappers die het hebben gemaakt, zeggen dat het lichter en duurzamer is dan traditionele verf, en dat het een verkoelend effect heeft.

Het is duidelijk dat er veel mogelijke toepassingen zijn voor een dergelijk product, dat de makers ultralichte plasmonische structurele kleurverf noemen, of je nu wel of niet begrijpt hoe het werkt. Maar laten we proberen enig licht te werpen op deze nieuwe ontwikkeling.

Inhoud
  1. Hoe traditionele verf werkt
  2. Een gelukkig ongeluk
  3. Hoe structurele verf beter is dan pigment

Hoe traditionele verf werkt

Voordat we in plasmonische verf duiken, kan het helpen om te bekijken hoe gewone verf werkt en dat al millennia lang werkt.

Om verf te maken, worden pigmenten zoals mineralen, metalen of chemicaliën gemengd met vloeistof, meestal olie. Het zijn de pigmenten die verf zijn kleur geven, en ze werken door bepaalde lichtgolflengten te absorberen en andere te reflecteren. Wat wordt gereflecteerd, is wat wij zien als kleur.

Het probleem met deze beproefde methode om verf te maken is dat deze gemaakt kan worden met giftige chemicaliën, chemisch instabiel is en na verloop van tijd kan vervagen. Het houdt ook warmte vast. Zelfs witte verf reflecteert het zonlicht niet volledig.

Een gelukkig ongeluk

Een team onderzoekers van de University of Central Florida (UCF) werkte aan het maken van een aluminium spiegel en merkte frustrerende "klontjes aluminiumatomen op die klein genoeg zijn om onzichtbaar te zijn en toch groot genoeg om de glans van de spiegel te verstoren", aldus Wired.

UCF-professor Debashis Chanda liet zich inspireren door vlinders om de innovatieve nieuwe plasmonische verf te creëren. Universiteit van Centraal-Florida

Hoewel het slecht nieuws was voor hun spiegelproject, realiseerden ze zich dat de kleine atomen oscilleerden in wit licht en licht weerkaatsten. De grootte van de atomen bepaalde welke kleur ze reflecteerden.

Dat betekende dat de onderzoekers verschillende kleuren konden genereren door simpelweg aluminiumdeeltjes van verschillende grootte te gebruiken. Wanneer de deeltjes aan de spiegel worden bevestigd en in kleurvlokken worden omgezet, kunnen ze met vloeistof worden gemengd om verf te maken.

Dit soort kleurproductie wordt ‘structureel’ genoemd en is de manier waarop veel soorten hun kleur produceren, aldus onderzoeker Debashis Chanda, professor aan het NanoScience Technology Center van UCF.

"Het scala aan kleuren en tinten in de natuurlijke wereld [is] verbazingwekkend - van kleurrijke bloemen, vogels en vlinders tot onderwaterwezens zoals vissen en koppotigen", zei Chanda in het tijdschrift UCF Today. "Structurele kleur fungeert als het primaire kleurgenererende mechanisme bij verschillende extreem levendige soorten, waarbij de geometrische rangschikking van typisch twee kleurloze materialen alle kleuren produceert. Aan de andere kant zijn met door de mens gemaakt pigment nieuwe moleculen nodig voor elke aanwezige kleur." /P>

"Maar de natuur heeft een heel andere manier om kleur te creëren dan wij", zei Chanda. De kleuren van bijvoorbeeld vlinders zijn door de natuur gecreëerd zonder pigment. De oppervlakken van vlindervleugels buigen het licht om een ​​structurele kleur te creëren die pigmentvrij is en langer meegaat.

In de nieuwe verf zijn de kleurloze materialen aluminium en aluminiumoxide.

Hoe structurele verf beter is dan pigment

Dat is allemaal cool, maar hoe overtreft structurele verf pigmentverf? Volgens de onderzoekers zijn de voordelen aanzienlijk.

Omdat het de manier bepaalt waarop licht wordt "gereflecteerd of verstrooid" in plaats van het te absorberen, is structurele verf na verloop van tijd stabieler, wat betekent dat de kleuren niet vervagen. Dat betekent dat het niet nodig is om een ​​oppervlak elke paar jaar opnieuw te schilderen. Een ander milieuvoordeel is dat deze nieuwe verven alleen met metalen en oxiden zouden worden vervaardigd in plaats van met kunstmatige pigmenten en chemicaliën.

Het meest opwindende is dat plasmonische verf dankzij de structuur op twee manieren lichter is.

Ten eerste reflecteert het licht en absorbeert het minder warmte, waardoor het oppervlak 25 tot 30 graden Fahrenheit (minus 3,8 tot min 1,1 graden Celsius) koeler blijft dan een oppervlak dat is geverfd met standaard commerciële verf, volgens UCF Today. Dit kan grote voordelen hebben om gebouwen koeler te houden, waardoor minder gebruik van koelmechanismen binnenshuis nodig is.

Ten tweede weegt de verf een stuk minder dan traditionele verf. Sterker nog:"de structurele kleurverf biedt 100 procent reflectie met slechts een enkele ultradunne laag pigment", aldus de onderzoekers. Het gewicht van de verf lijkt misschien geen groot probleem, maar dat is het wel als je een vliegtuig bent. Volgens ScienceAlert zou het een verschil van ongeveer 1.000 pond (454 kilogram) zijn met een Boeing 747, wat zou resulteren in enorme besparingen in het gebruik en de brandstofkosten bij elke vlucht.

Dat is interessant

Wetenschappers hebben in het verleden kleuren met een technische structuur ontwikkeld; Ze zijn er echter niet in geslaagd om consistent een specifieke kleur weer te geven, en hun fabricagetechnieken hebben ze volgens de onderzoekers te duur gemaakt voor commerciële levensvatbaarheid.