Вчені винайшли надлегку фарбу, підглянувши за метеликами

Існуванням багатьох винаходів ми завдячуємо тваринам, які часто надихали вчених. І схоже, що тваринний світ здатний підказати ще масу інших ідей для майбутніх винаходів. Наприклад, у недавньому дослідженні група вчених з Університету центрально Флориди повідомила про те, що створила "плазмову фарбу", надихнувшись крилами метеликів. Покриття має енергозберігаючі властивості, тому що не нагрівається на сонці, а ще може служити століттями і доступна в будь-якому кольорі. Але і це ще не все - покриття має надмалу вагу. Щоб пофарбувати Боїнг 747, достатньо всього 1,4 кг такої фарби. Єдиний її мінус полягає в тому, що вона була створена в лабораторних умовах і, зважаючи на це, до масового виробництва надійде ще не скоро.


Плазмова фарба – що це таке?

Головна особливість цієї фарби полягає у тому, що вона не містить пігменту. Колір створюється структурно за рахунок певного розташування наночастинок. Саме в цьому полягає схожість з крилами метеликів, у яких колір крил утворений не тільки пігментом, а й структурою лусочок, що відбивають світло. Команда вигадала називати таку фарбу "плазмовою".

Всі фарби, що існують на сьогоднішній день, створені на основі пігментів. Тобто щоб створити той чи інший колір, у них додають певні молекули. Як правило, такі молекули синтезують штучно. Колір залежить від електронних властивостей цих молекул - вони визначають, яке світло поглинає або відображає пігмент. Відповідно, для кожного кольору фарби потрібен свій пігмент чи суміш пігментів.


Крила метеликів і плазмова фарба утворюють колір по тому самому принципу

У плазмовій фарбі незалежно від кольору використовуються одні і ті ж наночастинки. Вони виконані з двох безбарвних матеріалів - алюмінію та його оксиду. Розміщуючи по-різному ці наночастинки поверх алюмінієвого дзеркала, можна змінювати те, як розсіюється, поглинається або відбивається світло. Простіше кажучи, можна отримувати будь-які кольори з двох безбарвних матеріалів.

Саме завдяки структурному кольору фарба виходить надлегкою – щоб отримати суцільний колір, її не потрібно наносити товстим шаром. Вона дозволяє отримати насичений колір при нанесенні завтовшки всього 150 нанометрів.


Унікальні властивості плазмової фарби

Згідно з результатами дослідження, опублікованого в журналі Science Advances, фарба має не тільки неймовірну масу, але й здатна зберігати пофарбовані конструкції прохолодними, навіть якщо вони піддаються прямому впливу сонячних променів. Такий ефект плазмової фарби забезпечується завдяки тому, що вона відбиває весь інфрачервоний спектр. Завдяки цьому фарба поглинає менше тепла.


Металеві метелики, пофарбовані плазмовою фарбою

За словами винахідників фарби, поверхні під нею залишаються на 13-16 градусів за Цельсієм холоднішими, ніж поверхні в таких же умовах, але вкриті будь-якою іншою фарбою. В даний час близько 10% всієї електроенергії в США споживають кондиціонери. Тому використання цієї фарби дозволить суттєво заощадити енергію.

Крім того, вчені стверджують, що покриття може триматися на поверхні століттями, принаймні, теоретично. А ще можна бути впевненим на 100% у тому, що фарба ніколи не вигорить та не змінить свій колір. Звичайна фарба тьмяніє, оскільки пігмент, що міститься в ній, втрачає здатність поглинати фотони.


Достатньо менше півтора кілограмів плазмової фарби, щоб повністю пофарбувати Боїнг 747


У чому складність виробництва надлегкої фарби

Сам собою процес виготовлення плазмової фарби нескладний, і навіть нанести її тонким шаром не проблема. Однак важливо, щоб наночастинки були розташовані на підкладці певним чином, забезпечуючи поверхню тим чи іншим кольором. Для цього команда використовувала електронно-променевий випарник, який діє на речовину потоком електронів. З його допомогою вони нагрівали фарбу і таким чином забезпечували її висихання з точною контрольованою швидкістю.

Завдяки контрольованому випаровуванню, невеликі кластери наночастинок злипаються одна з одною певним чином. Такий ефект забезпечується за рахунок того, що атоми алюмінію притягують один одного. Змінюючи тиск і температуру електронно-променевого випарника, можна створювати різні кольори фарби.

Тепер справа залишилася за малим — масштабувати технологію виготовлення та нанесення фарби, щоб її можна було використати не лише у лабораторних умовах. Нині вчені над цим працюють.

---

© за матеріалами