29 Μαΐου 2023

Ερευνητές δημιούργησαν την ελαφρύτερη βαφή στον κόσμο που απωθεί τη θερμότητα, βγαίνει σε οποιοδήποτε χρώμα και θεωρητικά μπορεί να διατηρηθεί για αιώνες. Εμπνευσμένη από τα φτερά πεταλούδας, αυτό το χρώμα δεν προέρχεται από χρωστική ουσία, αλλά δημιουργείται δομικά μέσω της κατανομής νανοσωματιδίων. Η ομάδα την ονόμασε «πλασμονική βαφή». Οι ερευνητές υπολογίζουν ότι αρκούν μόλις 1,4 κιλά πλασμονικής βαφής για να καλυφθεί ένα Boeing 747, μια εργασία που απαιτεί τουλάχιστον 454 κιλά συμβατικής εμπορικής μπογιάς.

Η πλασμονική βαφή απωθεί τη θερμότητα αντανακλώντας την υπέρυθρη ακτινοβολία, με αποτέλεσμα το αντικείμενο να απορροφά λιγότερη θερμότητα. Οι ερευνητές λένε ότι οι επιφάνειες κάτω από τη βαφή μπορούν να παραμείνουν 13-16 βαθμούς Κελσίου ψυχρότερες από ό,τι με συμβατική βαφή.

«Πάνω από το 10% της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται στις ΗΠΑ πηγαίνει στη χρήση κλιματιστικών», λέει ο νανοεπιστήμονας Ντεμπάσις Τσάντα από το Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα, ο οποίος ηγήθηκε της ομάδας που δημιούργησε τη βαφή.

«Η διαφορά θερμοκρασίας που υπόσχεται η πλασμονική βαφή θα οδηγήσει σε σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας. Η χρήση λιγότερης ηλεκτρικής ενέργειας για ψύξη θα μείωνε επίσης τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, μειώνοντας έτσι την υπερθέρμανση του πλανήτη», πρόσθεσε.

(Chanda et al., Science Advances, 2023)

Επί του παρόντος, οι βαφές που βασίζονται σε χρωστικές ουσίες απαιτούν συγκεκριμένα μόρια για τη δημιουργία χρώματος, και συνήθως αυτές οι ουσίες συντίθενται τεχνητά. Οι ηλεκτρονικές ιδιότητες κάθε μορίου ελέγχουν πόσο φως απορροφάται και επομένως ποιο χρώμα έχει η βαφή. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχει μια νέα χρωστική ουσία για κάθε νέο χρώμα βαφής.

Αντίθετα, η πλασμονική βαφή χρησιμοποιεί τα νανοσωματίδια δύο άχρωμων υλικών – του αλουμινίου και του οξειδίου του αλουμινίου. Κατανέμοντάς τα με διαφορετικούς τρόπους πάνω σε έναν καθρέφτη επικαλυμμένου με οξείδιο αλουμινίου, μπορεί να ελέγξει τον τρόπο με τον οποίο το φως διαχέεται, αντανακλάται ή απορροφάται. Μια παρόμοια διαδικασία είναι υπεύθυνη για το πλούσιο χρώμα των φτερών της πεταλούδας.

Η πλασμονική βαφή είναι ελαφριά με πάχος μόλις 150 νανόμετρα, και μπορεί να διατηρηθεί αιώνες αναλλοίωτη. Στη μελέτη, της, η ομάδα δημιούργησε το δομικό χρώμα χρησιμοποιώντας έναν εξατμιστήρα δέσμης ηλεκτρονίων, ο οποίος θερμαίνει μια ουσία με εξαιρετικά ελεγχόμενο ρυθμό. Αυτή η ελεγχόμενη εξάτμιση επιτρέπει σε μικρές συστάδες νανοσωματιδίων αλουμινίου να αυτοσυναρμολογηθούν – τα άτομα αλουμινίου έλκονται περισσότερο μεταξύ τους από ό,τι το υπόστρωμα οξειδίου πάνω στο οποίο αναπτύσσονται, οπότε συσσωρεύονται φυσικά. Ρυθμίζοντας την πίεση και τη θερμοκρασία του εξατμιστήρα δέσμης ηλεκτρονίων, η ομάδα μπορεί να δημιουργήσει δομές που αντανακλούν διαφορετικά χρώματα.

«Αυτή η ελεγχόμενη από την πίεση και τη θερμοκρασία διαδικασία εξασφαλίζει υψηλή αναπαραγωγιμότητα σε ευρείες περιοχές σε ένα μόνο βήμα, μειώνοντας το κόστος παραγωγής και επιτρέποντας την κατασκευή σε μεγάλη κλίμακα», έγραψε η  ομάδα στο σχετικό άρθρο που δημοσιεύθηκε στο «Science Advances».

Όπως επισημαίνουν οι επιστήμονες, οι συμβατικές βαφές ξεθωριάζουν επειδή η χρωστική ουσία χάνει την ικανότητά της να απορροφά φωτόνια.

«Εδώ, δεν περιοριζόμαστε από αυτό το φαινόμενο. Από τη στιγμή που βάφουμε κάτι με πλασμονική βαφή, θα παραμείνει έτσι για αιώνες», εξήγησε ο Τσάντα.

Προς το παρόν όμως, η παραγωγή της πλασμονικής βαφής στο εργαστήριο παραμένει πολύ ακριβή.

ΠΗΓΗ: Science Alert

www.ertnews.gr

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Generated by Feedzy