Эта краска на основе наночастиц сделает самолеты легче

В пресс-релизе Сугимото объясняет: «Пигменты и покрытия для самолета весят несколько сотен килограммов. Если использовать нашу краску на основе наносфер, этот вес можно снизить до менее чем 10%».

Эти наносферы представляют собой почти невидимые кристаллы кремния, которые, согласно исследованию, опубликованному в рецензируемом журнале ACS Applied Nano Materials, отражают свет таким образом, что могут охватывать полный спектр ярких и стойких цветов.

В основе открытия лежит простой научный факт: цвет — это не только поглощение света, но и его отражение. Традиционные пигменты поглощают свет определенной длины, и благодаря этому мы видим цвета. Однако со временем эти пигменты выцветают.

Природа показывает, что есть другой способ получить цвета, которые сохраняют яркость со временем, такие как у крыльев бабочки и перьев павлина. Это называется структурным цветом, который управляет светом на нанометрическом уровне.

Эта концепция лежит в основе открытия Фуджи и Сугимото. По словам Сугимото, высокая отражательная способность наносферы (даже при незначительном покрытии поверхности) «обусловлена очень большой эффективностью рассеяния». «Поскольку для окрашивания требуется небольшое количество кристаллов кремния, это является преимуществом при применении их в качестве цветового пигмента», — говорит он.

Как рассказывает Фуджи, эта работа продолжает исследование 2020 года, когда им впервые удалось точно контролировать размер частиц, чтобы получить нужный размер нанокристаллов. По его словам, с тех пор команда разработала «коллоидные суспензии сферических и кристаллических наночастиц кремния».

Коллоидная суспензия — это то, что создает настоящую краску. Это стабильное состояние, при котором наночастицы смешиваются с поддерживающей их жидкостью, не разделяясь. Это необходимое условие для создания пригодных к использованию красок.

Фото в тексте: Фуджи Минору

По словам ученых, наночастицы создают цветорассеивающий свет посредством явления, называемого рассеянием Ми. Это позволяет разрабатывать структурные краски. Цвет зависит от размера частиц: мелкие отражают синие и фиолетовые оттенки, а крупные — ярко-красные и оранжевые. При этом цвет остается одним и тем же под любым углом.

Но главное преимущество нового вещества — небольшой вес, который позволит сэкономить много денег в различных отраслях. Как объясняют исследователи: «Один слой редко распределенных кремниевых наночастиц толщиной всего 100-200 нм демонстрирует яркие цвета, но весит менее 0,5 гр на 1 кв. м».

Причина в том, что эти наносферы обладают высокой эффективностью светорассеяния. Это означает, что они сияют ярче всего, когда стоят отдельно друг от друга, поэтому им не требуется такая большая плотность, как традиционным пигментам.

Фото в тексте: Фуджи Минору

Это может значительно повлиять на такую отрасль, как авиация: в самолете каждый дополнительный грамм, даже пакетик сахара для кофе, влияет на расход топлива. 

Краска помогает защитить самолет и обозначить бренд. Однако это не просто слой цвета: его нужно поднимать при взлете, проносить через каждый километр и возвращать на землю при приземлении. Например, благодаря новой краске на основе наночастиц каждый авиалайнер Boeing 777 станет весить на 450 кг меньше. Это может значительно снизить стоимость полета и объемы выбросов углекислого газа.

Источник.

Фото на обложке: Skycolors / Shutterstock