Aceasta este cea mai ușoară vopsea din lume

Au făcut-o oricum. cel Formă și design în patru culori Pare de bază, dar simplitatea este înșelătoare. Dacă măriți profund – până la proporții nevăzute – această vopsea nu seamănă deloc cu vopseaua pe care o cunoașteți.

Culoarea ne înconjoară în natură și o recreăm cu pigmenți. Vă puteți gândi la pigmenți ca fiind metale măcinate, metale grele sau substanțe chimice pe care le punem în ulei și le întindem pe o pânză sau o mașină: cobaltul devine albastru; ocru galben cadmiu; „Dar natura are un mod foarte diferit de a crea culori decât noi”, spune Chanda. Unele dintre cele mai vibrante înfățișări ale naturii – cele purtate de păuni, gândaci și fluturi – fac tot ce doresc fără colorant.

Aceste culori provin din topografie. Peisajele non-microscopice de pe suprafețele exterioare ale penelor de păun, ale cochiliilor de gândaci și ale aripilor de fluture împrăștie lumina pentru a produce ceea ce este cunoscut sub numele de structural culoare. Durată mai lungă și fără vopsea. Iar pentru oamenii de știință, aceasta este cheia pentru crearea unei acoperiri care nu numai că este mai bună pentru planetă, dar ne poate ajuta și să trăim într-o lume mult mai fierbinte.

Într-o lucrare publicată luna aceasta în Știința avanseazăArată Chanda Lab Acoperirea este prima de acest gen pe baza culorii structurale. Ei cred că este cea mai ușoară vopsea din lume – și o spun prin greutate și temperatură. Acoperirea constă dintr-o folie mică de aluminiu punctată cu nanoparticule mai mici de aluminiu. Stafidele pot acoperi atât partea din față, cât și cea din spate a ușii. Este suficient de ușor pentru a reduce consumul de combustibil în aeronave și în mașinile acoperite în ea. Nu prinde căldura de la soare așa cum o fac vopselele, iar ingredientele sale sunt mai puține toxic Fabricat din vopsele Metale grele precum cadmiul și cobaltul.

Dayna Baumeister, directorul Departamentului de Biomimetică de la Universitatea de Stat din Arizona, nu este surprinsă că vopseaua are multe funcții ascunse. „Este o demonstrație minunată a ceea ce se poate realiza atunci când ne regândim design-urile, cerând sfaturi naturii”, spune ea.

Noile forme de vopsea trebuie să inoveze și mai mult – în domeniul fizicii, nu doar al esteticii. Cu toate acestea, membrii laboratorului lui Chanda au dat peste inovație din întâmplare. Nu și-au propus să facă vopseaua. Au vrut să facă o oglindă, în special o oglindă lungă și continuă din aluminiu, construită folosind un instrument numit evaporator cu fascicul de electroni. Dar la fiecare încercare, ei au observat „nanolands” minuscule, aglomerări de atomi de aluminiu suficient de mici pentru a fi invizibili, dar suficient de mari pentru a perturba strălucirea oglinzii. Nanoislandele au apărut pe toată suprafața a ceea ce era acum – în mod frustrant – nu o oglindă continuă. „A fost cu adevărat supărător”, își amintește Chanda.

Apoi a venit o epifanie: Această tulburare făcea ceva util. Atunci când lumina albă din jur lovește nanoparticulele de aluminiu, electronii din metal pot fi afectați – vibrând sau rezonând. Dar pe măsură ce dimensiunile se scufundă la scară nanometrică, atomii devin mai pretențioși. În funcție de dimensiunea nanoparticulelor de aluminiu, electronii lor vor oscila doar pentru anumite lungimi de undă de lumină. Acest lucru face ca lumina ambientală să revină ca o fracțiune din ceea ce era: o singură culoare. Plasarea unor straturi de particule de aluminiu pe o suprafață reflectorizantă – precum acea oglindă pe care încercau să o construiască – a amplificat efectul colorat.

Ce culoare? Aceasta depinde de dimensiunea nanoinsulelor. „Doar schimbând dimensiunea, poți să creezi toata lumea spune Chanda. Spre deosebire de coloranții, care necesită o moleculă de bază diferită – cum ar fi cobaltul sau Slime mov de melc– Pentru fiecare culoare, molecula de bază pentru acest proces este întotdeauna aluminiu, doar tăiat în bucăți de dimensiuni diferite care oscilează la lumină la diferite lungimi de undă.

Este timpul să desenezi desenul. Procesul de colectare începe cu o foaie foarte subțire de oglindă cu două fețe. Cercetătorii au acoperit fiecare parte cu un material separator transparent care ajută la amplificarea efectului de culoare. Apoi au crescut insule de nanoparticule metalice pe ambele părți ale plăcii. Pentru a face acest material compatibil cu lianții sau uleiurile folosite în vopsea, au topit foi mari din acesta în fulgi colorați de mărimea zahărului pudră. În cele din urmă, odată ce au făcut suficiente culori pentru un curcubeu mic, pot picta un fluture.

Deoarece culoarea structurală poate acoperi o întreagă suprafață doar cu un strat subțire și ușor, Chanda crede că aceasta va schimba jocul pentru companiile aeriene. Boeing 747 are nevoie de aproximativ 500 de kilograme de vopsea. Se estimează că vopseaua lui ar putea acoperi aceeași zonă cu 1,3 kilograme. Adică mai mult de 1.000 de lire sterline pe avion, ceea ce reduce cantitatea de combustibil necesară pe zbor.

Perry Flint, un purtător de cuvânt al Asociației Internaționale de Comerț a Liniilor Aeriene, consideră că această posibilitate este plauzibilă. Având în vedere că combustibilul este deja cea mai mare cheltuială operațională [about 30 percent last year]„Companiile aeriene sunt întotdeauna interesate să îmbunătățească eficiența consumului de combustibil”, a scris el într-un e-mail către Wired. Crearea de noi forme eficiente de corpuri de avioane și motoare este esențială, dar pierderea greutății aduce și economii uriașe. Când American Airlines a abandonat manualele pilotului La doar 67 de lire sterline pe zbor, compania a estimat că va economisi 400.000 de galoane de combustibil și 1,2 milioane de dolari anual. În 2021, AA a introdus o nouă imagine care a redus greutatea 737-urilor cu 62 de lire sterline, Economisiți 300.000 de galoane an.

Vopseaua structurală poate dura, de asemenea, mai mult. (Unele companii aeriene revopsesc avioanele la fiecare patru ani.) Particulele de pigment se descompun în lumina soarelui, dar culoarea maro nu se estompează – deci nu se estompează. Avem toate aceste modalități de a încerca să reparăm colorantul, să încercăm să-l împiedicăm să se oxideze și să-și piardă culoarea. Sau se estompează și îl aruncăm la groapa de gunoi”, spune Baumeister, care este și co-fondator al firmei de consultanță. Imitația naturii 3.8.1. „Dar atunci când ai nevoie de o culoare care să dureze pentru totdeauna – de-a lungul vieții unui organism – maro este cel mai bun.”

Echipa lui Chanda a realizat, de asemenea, că, spre deosebire de vopseaua convențională, vopseaua structurală nu absoarbe radiația infraroșie, deci nu prinde căldura. („De aceea mașina ta devine atât de fierbinte la soarele fierbinte”, spune el.) Vopsea natural noua răcire În comparație: Pe baza experimentelor inițiale de laborator, poate menține suprafețele cu 20 până la 30 de grade Fahrenheit mai reci decât vopseaua tradițională.

Baumeister crede că are utilizări dincolo de aviație, inclusiv prin medierea unui efect de „insula de căldură urbană”, care creează temperaturi ridicate – și uneori mortale – în orașe. „Îți poți imagina mașini. Îți poți imagina trotuare.” Chiar și produse de construcție în care din punct de vedere estetic oamenii ar dori să aibă un ton mai închis – fie că este vorba de un acoperiș sau de siding – dar asta, desigur, crește sarcina termică a clădirii. vopsea pentru răcirea acoperișurilor și trotuare).

Și menținerea răcoroasă a clădirilor fără utilizarea energiei electrice ar crea o infrastructură mai durabilă. „Dacă afară sunt 95 de grade, dacă poți menține temperatura sub 80 de grade, se fac economii uriașe de AC și energie”, spune Chanda.

Creșterea producției de la baloane la cuve va fi o provocare și este ceva ce laboratorul Chanda speră să încerce cu parteneri comerciali. („Un laborator academic încă nu este o fabrică”, spune el.) Experienta in consultanta În biomimetică, speculează Baumeister, primele aplicații pot fi mici: poate pentru electronice sau în producția sensibilă la temperatură. Dar ea rămâne încrezătoare că inovațiile inspirate de cartiere vor ajunge la cele mai mari scări, cum ar fi infrastructura urbană. „Viitorul omenirii pe această planetă depinde de descoperirea unei modalități prin care ne putem înțelege cu natura”, spune ea.