Новости

Aug 03, 2023

Исследователь UCF создал первую в мире энергию

Исследователь Университета Центральной Флориды Дебашис Чанда, профессор UCF

Исследователь из Университета Центральной Флориды Дебашис Чанда, профессор Центра нанотехнологий UCF, черпал вдохновение из бабочек, чтобы создать первую экологически чистую, крупномасштабную и многоцветную альтернативу красителям на основе пигментов, которая может способствовать усилиям по энергосбережению и помочь уменьшить глобальное потепление.

Разработка была опубликована сегодня в журнале Science Advances в качестве специальной статьи.

«Разнообразие цветов и оттенков в мире природы поражает — от ярких цветов, птиц и бабочек до подводных существ, таких как рыбы и головоногие моллюски», — говорит Чанда. «Структурный цвет служит основным механизмом генерации цвета у нескольких чрезвычайно ярких видов, где геометрическое расположение обычно двух бесцветных материалов дает все цвета. С другой стороны, при использовании искусственного пигмента для каждого присутствующего цвета необходимы новые молекулы».

Основываясь на таких био-вдохновениях, исследовательская группа Чанды разработала плазмонную краску, которая использует наноструктурную структуру бесцветных материалов — алюминия и оксида алюминия — вместо пигментов для создания цветов.

В то время как пигментные красители контролируют поглощение света на основе электронных свойств пигментного материала и, следовательно, для каждого цвета требуется новая молекула, структурные красители контролируют то, как свет отражается, рассеивается или поглощается, основываясь исключительно на геометрическом расположении наноструктур.

Такие структурные цвета являются экологически чистыми, поскольку в них используются только металлы и оксиды, в отличие от нынешних красок на основе пигментов, в которых используются искусственно синтезированные молекулы.

Исследователи объединили структурные цветные хлопья с коммерческим связующим, чтобы получить долговечные краски всех цветов.

«Нормальный цвет тускнеет, потому что пигмент теряет способность поглощать фотоны», — говорит Чанда. «Здесь мы не ограничены этим явлением. Если мы нарисуем что-то структурным цветом, это должно сохраниться на века».

Кроме того, поскольку плазмонная краска отражает весь инфракрасный спектр, краска поглощает меньше тепла, в результате чего нижняя поверхность остается на 25–30 градусов по Фаренгейту прохладнее, чем если бы она была покрыта стандартной коммерческой краской, говорит исследователь.

«Более 10% общего объема электроэнергии в США уходит на использование кондиционеров», — говорит Чанда. «Разница температур, которую обещает плазмонная краска, приведет к значительной экономии энергии. Использование меньшего количества электроэнергии для охлаждения также сократит выбросы углекислого газа, уменьшая глобальное потепление».

Плазмонная краска также чрезвычайно легкая, говорит исследователь.

Это связано с большим соотношением площади и толщины краски: полный цвет достигается при толщине краски всего 150 нанометров, что делает ее самой легкой краской в ​​мире, говорит Чанда.

Краска настолько легкая, что всего около 3 фунтов плазмонной краски можно покрыть Боинг 747, на что обычно требуется более 1000 фунтов обычной краски, говорит он.

Чанда говорит, что его интерес к структурным цветам проистекает из ярких бабочек.

«В детстве я всегда хотел построить бабочку», — говорит он. «Цвет привлекает мой интерес».

Будущие исследования

Чанда говорит, что следующие шаги проекта включают дальнейшее изучение аспектов энергосбережения краски, чтобы повысить ее жизнеспособность в качестве коммерческой краски.

«Обычные пигментные краски производятся на крупных предприятиях, где можно производить сотни галлонов краски», — говорит он. «На данный момент, если мы не пройдем процесс масштабирования, производство в академической лаборатории все еще будет дорогим».

«Нам нужно предложить что-то новое, например, нетоксичность, охлаждающий эффект, сверхлегкий вес, чего не могут сделать другие обычные краски». — говорит Чанда.

Возможность лицензирования

Для получения дополнительной информации о лицензировании этой технологии посетите страницу с описанием технологии неорганического красочного пигмента для яркого плазмонного цвета.

Полномочия исследователя