23 мар 2023 44

Учёные «подсмотрели» рецепт энергосберегающей плазмонной краски у бабочек

Вместо цветной краски на основе пигмента исследователи из Университета Центральной Флориды (UCF) разработали более лёгкую энергосберегающую краску, вдохновлённую яркими бабочками. Для красок на основе пигментов требуется синтез молекулы, однако для альтернативы в этом нет нужды.

Диапазон цветов и оттенков в природном мире поражает воображение — от ярких растений, птиц и бабочек до подводных существ. Структурный цвет служит основным механизмом формирования цвета у нескольких чрезвычайно ярких биологических видов, где геометрическое расположение двух бесцветных материалов создает все цвета. А с искусственным пигментом для каждого отдельного цвета необходимы новые молекулы

— Дебашис Чанда, профессор Центра нанонаук и технологий Калифорнийского университета.

Вдохновлённые красотой мира, Чанда и его исследовательская группа впервые разработали плазмонную краску, в которой вместо пигментов для получения цветов используются наноструктурные материалы: алюминий и оксид алюминия. Использование пигментов менее эффективно, чем этот метод, поскольку красители контролируют поглощение света на основе электрических свойств материала, поэтому для каждого цвета требуется новая молекула. А разработанный в UCF способ создания окраски может управлять отражением, рассеиванием или поглощением света за счёт геометрии наноструктур.

Более того, наноструктуры лучше для окружающей среды, чем используемые сейчас пигменты. Исследователи обсуждают, что плазмонная краска способна поглощать гораздо меньше тепла, потому что способна отражать весь инфракрасный диапазон, позволяя поверхности под ней оставаться на несколько градусов холоднее, чем при использовании стандартной краски.

Дебашис Чанда пояснил, что более 10% всей электроэнергии в США расходуется на работу кондиционеров. Разница температур, которую обещает плазмонная краска, приведёт к значительной экономии энергии.

Учёный добавил, что обычный цвет блекнет, потому что пигмент теряет способность поглощать фотоны. При новой технологии это явление не грозит. То есть окрашенное структурным цветом должно оставаться ярким на века.

Кроме того, новая краска гораздо легче традиционных. Чанда объяснил, что понадобится менее 1,5 кг инновационной краски, чтобы покрыть ей, например, самолёт Boeing 747. А пока что такая задача требует более 450 кг привычной краски.

Пока новинка слишком дорога при изготовлении в лабораторных условиях. Для масштабирования и выхода на рынок технологию нужно отладить, а затем ещё соблазнить будущих покупателей нетоксичностью, охлаждающим эффектом и малым весом.