Kelebeklerden İlham Aldı: Bilim Adamı Dünyanın En Hafif Boyasını Yarattı

Kelebeklerden İlham Aldı: Bilim Adamı Dünyanın En Hafif Boyasını Yarattı
Kelebeklerden İlham Aldı: Bilim Adamı Dünyanın En Hafif Boyasını Yarattı
Paint Colors Pigments

Central Florida Üniversitesi’nden bir araştırmacı, kelebeklerden ilham alan çevre dostu, hafif bir boya geliştirdi. Plazmonik boya, pigmentler yerine nano ölçekli yapılar kullanır, bu da enerji tasarruflu ve uzun ömürlü renkler sağlar. Aynı zamanda, yalnızca 150 nanometre kalınlıkta elde edilen tam renklendirme ile dünyanın en hafif boyasıdır.

Yapay olarak sentezlenmiş moleküller gerektiren pigment bazlı renkli boya yerine, bir UCF araştırmacı, daha doğal, çevre dostu ve hafif renkli boya üretmenin alternatif bir yolunu geliştirdi.

Bir araştırmacı, kelebeklerden ilham alarak çevre dostu, hafif ve uzun ömürlü bir boya geliştirdi. Plazmonik boya, yapay olarak sentezlenmiş pigment molekülleri kullanmak yerine, renkleri üretmek için alüminyum ve alüminyum oksit gibi renksiz malzemelerin nano ölçekli yapısal düzenlemelerini kullanır. Bu yapısal renk, tüm kızılötesi spektrumu yansıttığı, yüzeyleri daha serin tuttuğu ve klima kullanımını potansiyel olarak azalttığı için daha çevre dostu ve enerji açısından verimlidir. Boya aynı zamanda son derece hafiftir ve yalnızca 150 nanometre kalınlıkta elde edilen tam renklendirme, onu dünyanın en hafif boyası yapar. Gelecekteki araştırmalar, üretimi artırmaya ve ticari uygulamalar için boyanın enerji tasarrufu potansiyelini keşfetmeye odaklanacak.

UCF’nin NanoScience Teknoloji Merkezi’nde profesör olan Central Florida Üniversitesi araştırmacısı Debashis Chanda, kelebeklerden ilham alarak enerji tasarrufu çabalarına katkıda bulunabilen ve küresel ısınmayı azaltmaya yardımcı olabilen, pigment bazlı renklendiricilerin ilk çevre dostu, büyük ölçekli ve çok renkli alternatifi.

Geliştirme, Science Advances dergisinde öne çıkan bir makale olarak yayınlandı. .

Plasmonic Paint Butterflies

UCF tarafından geliştirilen plazmonik boya, renkleri oluşturmak için pigmentler yerine renksiz malzemelerin (alüminyum ve alüminyum oksit) nano ölçekli yapısal düzenlemesini kullanır. Burada plazmonik boya, araştırmaya ilham veren böcek olan metal kelebeklerin kanatlarına uygulanıyor. Kredi: Central Florida Üniversitesi

“Renkli çiçekler, kuşlar ve kelebeklerden balıklar ve kafadanbacaklılar gibi su altı canlılarına kadar, doğal dünyadaki renk ve ton yelpazesi hayret verici” diyor Chanda. “Yapısal renk, tipik olarak iki renksiz malzemenin geometrik düzenlemesinin tüm renkleri ürettiği son derece canlı birkaç türde birincil renk oluşturma mekanizması olarak hizmet eder. Öte yandan, insan yapımı pigmentte, mevcut her renk için yeni moleküllere ihtiyaç vardır.”

Bu tür biyolojik ilhamlara dayanarak, Chanda’nın araştırma grubu, renksiz malzemelerin (alüminyum) nano ölçekli yapısal düzenlemesini kullanan bir plazmonik boya geliştirdi. ve alüminyum oksit — renkleri oluşturmak için pigmentler yerine.

Pigment renklendiriciler, pigment malzemesinin elektronik özelliğine göre ışık emilimini kontrol ederken ve bu nedenle her rengin yeni bir moleküle ihtiyacı olsa da, yapısal renklendiriciler ışığın yansıtılma şeklini kontrol eder, tamamen nanoyapıların geometrik düzenine dayalı olarak saçılır veya emilir.

Yapay olarak sentezlenmiş moleküller kullanan mevcut pigment bazlı renklerin aksine, bu tür yapısal renkler yalnızca metaller ve oksitler kullandıklarından çevre dostudurlar.

Araştırmacılar, tüm renklerden uzun süre dayanan boyalar oluşturmak için yapısal renk pullarını ticari bir bağlayıcıyla birleştirdiler.

Debashis Chanda Plasmonic Paint

UCF’nin NanoScience Teknoloji Merkezi’nde profesör olan Debashis Chanda, kelebeklerden ilham aldı. Burada gösterilen, metal kelebek kanatlarına uygulanan yenilikçi yeni plazmonik boyayı yaratın. Kredi: Central Florida Üniversitesi

“Pigment fotonları emme yeteneğini kaybettiği için normal renk soluyor” diyor Chanda. “Burada, bu fenomenle sınırlı değiliz. Bir şeyi yapısal renkle boyadığımızda yüzyıllarca kalması gerekir.”

Ayrıca, plazmonik boya tüm kızılötesi spektrumu yansıttığından, boya tarafından daha az ısı emilir ve bu da alt yüzeyin 25 ila 30 derece arasında kalmasına neden olur. Araştırmacı, standart ticari boyayla kaplanmış olsaydı olacağından çok daha soğuk olduğunu söylüyor.

Chanda, “ABD’deki toplam elektriğin %10’dan fazlası klima kullanımına gidiyor” diyor. “Plazmonik boyanın vaat ettiği sıcaklık farkı, önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlayacaktır. Soğutma için daha az elektrik kullanılması da karbondioksit emisyonlarını azaltarak küresel ısınmayı azaltır.”

Araştırmacı, plazmonik boyanın da son derece hafif olduğunu söylüyor.

Bunun nedeni, boyanın geniş alanı- Chanda, yalnızca 150 nanometrelik bir boya kalınlığında ulaşılan tam renklendirme ile kalınlık-kalınlık oranının, onu dünyanın en hafif boyası yaptığını söylüyor.

Boya o kadar hafif ki, yalnızca yaklaşık 3 libre plazmonik boya normalde 1.000 libreden fazla geleneksel boya gerektiren bir Boeing 747’yi kaplıyor, diyor.

Chanda, yapısal renklere olan ilgisinin kelebeklerin canlılığından kaynaklandığını söylüyor.

“Çocukken, Her zaman bir kelebek yapmak istemişimdir” diyor. “Renk ilgimi çekiyor.”

Geleceğin Araştırması

Chanda, projenin sonraki adımlarının, boyanın ticari boya olarak uygulanabilirliğini artırmak için enerji tasarrufu sağlayan yönlerinin daha fazla araştırılmasını içerdiğini söylüyor.

“Geleneksel pigmentli boya, yüzlerce galon boya yapabilen büyük tesislerde üretiliyor” diyor. “Şu anda, ölçek büyütme sürecinden geçmezsek akademik bir laboratuvarda üretmek hâlâ pahalı.”

“Toksik olmayan, soğutma etkisi, ultra hafif gibi farklı bir şey getirmemiz gerekiyor. diğer geleneksel boyaların yapamayacağı kadar ağırlığa sahip” diyor Chanda.

Referans: “Ultralight plazmonik yapısal renkli boya”, Pablo Cencillo-Abad, Daniel Franklin, Pamela Mastranzo-Ortega, Javier Sanchez-Mondragon ve Debashis Chanda, 8 Mart 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adf7207

Chanda’nın UCF’nin NanoScience Teknoloji Merkezi, Fizik Bölümü ve Optik Fakültesi’nde ortak randevuları var ve Fotonik. Doktorasını Toronto Üniversitesi’nden fotonik alanında aldı ve Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalıştı. UCF’ye 2012 Sonbaharında katıldı.

Özet

Mevcut tüm ticari renkler pigmentlere dayalıdır. Bu tür geleneksel pigment bazlı renklendiriciler, büyük hacim ve açı duyarsızlığı için ticari bir platform sunarken, atmosferdeki kararsızlıkları, renk solması ve ciddi çevresel toksisite ile sınırlıdırlar. Yapay yapısal renklendirmenin ticari kullanımı, tasarım fikirlerinin ve pratik olmayan nanofabrikasyon tekniklerinin eksikliği nedeniyle yetersiz kalmıştır. Burada, açı ve polarizasyondan bağımsız canlı yapısal renkleri işlemek için özelleştirilebilir bir platform sunarken, bu zorlukların üstesinden gelen kendinden montajlı bir alt dalga boyu plazmonik boşluk sunuyoruz. Büyük ölçekli tekniklerle üretilmiş, herhangi bir yüzey üzerinde kullanılmaya hazır bağımsız boyalar üretiyoruz. Platform, tek bir pigment tabakası, 0,4 g/m2’lik yüzey yoğunluğu ile tam renklendirme sunar ve bu da onu dünyanın en hafif boyası yapar.