Бабочки вдохновили учёных на создание плазменной краски

Многими изобретениями мы обязаны животным, которые часто вдохновляли ученых. И похоже, что животный мир способен подсказать еще массу других идей для будущий изобретений.
К примеру, в недавнем исследовании группа ученых из Университета центрально Флориды сообщила о том, что создала “плазменную краску” вдохновившись крыльями бабочек. Покрытие обладает энергосберегающими свойствами, так как не нагревается на солнце, а еще может служить столетиями и доступна в абсолютно любом цвете. Но и это еще не все — покрытие обладает сверхмалым весом. Чтобы покрасить Боинг 747 достаточно всего 1,4 кг такой краски. Единственный ее минус заключается в том, что она была создана в лабораторных условиях и, судя по всему, в массовое производство поступит еще не скоро.

Плазменная краска — что это такое?

Главная особенность данной краски заключается в том, что она не содержит пигмента. Цвет создается структурно за счет определенному расположению наночастиц. Именно в этом заключается схожесть с крыльями бабочек, у которых цвет крыльев образован не только пигментом, но и структурой чешуек, отражающих свет. Команда придумала называть такую краску “плазменной”.
Все существующие на сегодняшний день краски созданы на основе пигментов. То есть, чтобы создать тот или иной цвет, в них добавляют определенные молекулы. Как правило, такие молекулы синтезируют искусственно. Цвет зависит от электронных свойств этих молекул —они определяют какой свет поглощает или отражает пигмент. Соответственно, для каждого цвета краски требуется свой пигмент или смесь пигментов.


Крылья бабочек и плазменная краска образуют цвет по одному и том уже принципу

В плазменной же краске независимо от цвета используются одни и те же наночастицы. Они выполнены из двух бесцветных материалов — алюминия и его оксида. Размещая по разному эти наночастицы поверх алюминиевого зеркала, можно изменять то, как рассеивается, поглощается либо отражается свет. Проще говоря, можно получать любые цвета всего из двух бесцветных материалов.
Именно благодаря структурному цвету краска получается сверхлегкой — чтобы получить сплошной цвет, ее не нужно наносить толстым слоем. Она позволяет получить насыщенный цвет при нанесении толщиной всего в 150 нанометров.

Уникальные свойства плазменной краски

Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Science Advances, краска обладает не только невероятной массой, но и способна сохранять окрашенные конструкции прохладными, даже если они подвергаются прямому воздействию солнечных лучей. Такой эффект плазменной краски обеспечивается за счет того, что она отражает весь инфракрасный спектр. Благодаря этому поглощает меньше тепла.



Металлические бабочки, окрашенные плазменной краской

По словам изобретателей краски, поверхности под ней остаются на 13-16 градусов по Цельсию холоднее, чем поверхности в таких же условиях, но покрытые любой другой краской. В настоящее время порядка 10% всей расходуемой электроэнергии в США потребляют кондиционеры. Поэтому использование данной краски позволит существенно сэкономить энергию.
Кроме того, ученые утверждают, что покрытие может служить веками, по крайней мере, теоретически. А еще можно быть уверенным на 100% в том, что краска никогда не выгорит и не изменит свой цвет. Обычная краска тускнеет, так как пигмент, который в ней содержится, теряет способность поглощать фотоны.
Напомним, что ранее ученые изобрели антикоррозионную краску из графена. Теоретически, если одну краску нанести поверх другой, то металлические конструкции действительно можно было бы защищать лакокрасочным покрытием на многие десятилетия или даже столетия.



Достаточно менее полутора килограммов плазменной краски, чтобы полностью покрасить Боинг 747

В чем сложность производства сверхлегкой краски

Сам по себе процесс изготовления плазменной краски несложный, и даже нанести ее тонким слоем не проблема. Однако важно, чтобы наночастицы были расположены на подложке определенным образом, обеспечивая поверхность тем или иным цветом. Для этого команда использовала электронно-лучевой испаритель, который действует на вещество потоком электронов. С его помощью они нагревали краску, и таким образом обеспечивали ее высыхание с точной контролируемой скоростью.
Благодаря контролируемому испарению, небольшие кластеры наночастиц слипаются друг с другом определенным образом. Такой эффект обеспечивается за счет того, что атомы алюминия притягивают друг друга. Изменяя давления и температуру электронно-лучевого испарителя, можно создавать различные цвета краски.