May 24, 2024

Een energiebesparende verf geïnspireerd op vlinders

In plaats van op pigment gebaseerde gekleurde verf, waarvoor synthetische moleculen nodig zijn, heeft een onderzoeker van de University of Central Florida (UCF) een alternatieve methode ontwikkeld om een ​​meer natuurlijke, milieuvriendelijke en lichtgewicht gekleurde verf te produceren.

Depashis Chanda, een professor aan het UCLA’s Center for Nanoscience Technology, haalde zijn inspiratie uit vlinders om het eerste milieuvriendelijke, grootschalige, veelkleurige alternatief voor op kleurstoffen gebaseerde kleurstoffen te creëren, die kunnen bijdragen aan energiebesparende inspanningen en helpen de wereldwijde opwarming.

“Het scala aan kleuren en vormen in de natuurlijke wereld is verbazingwekkend – van kleurrijke bloemen, vogels en vlinders tot onderwaterwezens zoals vissen en koppotigen,” zei Chanda.

“Structurele kleur dient als het primaire mechanisme voor het genereren van kleuren in veel zeer heldere soorten waar de geometrische opstelling van een normaal kleurloze substantie alle kleuren produceert. Aan de andere kant, met een door de mens gemaakt pigment zijn er nieuwe moleculen nodig voor elke aanwezige kleur. ”

Voortbouwend op deze vitale inspiraties heeft het onderzoeksteam van Chanda een plasmonische coating gemaakt, die de nanostructurele rangschikking van kleurloze materialen – aluminium en aluminiumoxide – gebruikt in plaats van pigmenten om de kleuren te creëren.

Terwijl pigmentkleurstoffen de lichtabsorptie regelen op basis van de elektronische eigenschap van het pigmentmateriaal, en dus elke kleur een nieuw molecuul nodig heeft, regelen structurele kleurstoffen de manier waarop licht wordt gereflecteerd, verstrooid of geabsorbeerd op basis van de geometrische rangschikking van de nanostructuren.

Debashis Chanda, een professor aan het UCLA's Center for Nanoscience Technology, liet zich inspireren door vlinders om een ​​innovatieve nieuwe plasmonische coating te creëren, die hier is aangebracht op de metalen vleugels van een vlinder.

Afbeelding tegoed: University of Central Florida

Deze structurele kleuren zijn milieuvriendelijk omdat ze alleen metalen en oxiden gebruiken, in tegenstelling tot de huidige op pigment gebaseerde kleuren die synthetische moleculen gebruiken.

De onderzoekers combineerden hun structurele kleurchips met een commercieel bindmiddel om duurzame verven in alle kleuren te vormen.

“De natuurlijke kleur vervaagt omdat de kleurstof zijn vermogen verliest om fotonen te absorberen”, zegt Chanda. “Hier zijn we niet beperkt tot dit fenomeen. Als we eenmaal iets met een structurele kleur hebben geverfd, moet het eeuwenlang blijven.”

Omdat de plasmonische coating het volledige infraroodspectrum reflecteert, absorbeert de coating bovendien minder warmte, waardoor het onderliggende oppervlak 25 tot 30 graden Fahrenheit koeler blijft dan wanneer het bedekt zou zijn met een standaard commerciële coating, aldus de onderzoeker.

“Meer dan 10 procent van alle elektriciteit in de Verenigde Staten gaat naar airconditioning”, zei Chanda. “Het temperatuurverschil dat plasmonic coating belooft, zal resulteren in aanzienlijke energiebesparingen. Minder elektriciteit gebruiken voor koeling zou ook de uitstoot van koolstofdioxide verminderen en de opwarming van de aarde verminderen.”

De Plasmonic-coating is erg licht van gewicht, voegde Chanda eraan toe. Dit komt door de grote verhouding tussen oppervlak en dikte van de coating, waarbij volledige kleuring wordt bereikt met een dikte van slechts 150 nanometer, waardoor het de lichtste coating ter wereld is.

De verf is zo licht dat er slechts ongeveer 3 pond plasmonische verf nodig is om een ​​Boeing 747 te bedekken, waarvoor doorgaans meer dan 1.000 pond conventionele verf nodig is, schat Chanda.

Chanda zegt dat zijn interesse in structurele kleuren voortkomt uit de levendigheid van vlinders: “Als kind wilde ik altijd al een vlinder bouwen. Kleur intrigeert me.”

Volgende stappen voor het project omvatten verder onderzoek naar de energiebesparende aspecten van de coating om de geschiktheid ervan als commerciële coating te verbeteren.

“Traditionele pigmentverf wordt gemaakt in grote faciliteiten waar ze honderden liters verf kunnen produceren”, zegt hij. “Op dit moment is productie in een academisch laboratorium, tenzij we het schaalproces doorlopen, nog steeds duur”, zei Chanda.

“We moeten iets anders brengen, zoals niet-giftigheid, een verkoelend effect en zeer lichtgewicht naar de tafel dat andere traditionele verven gewoon niet kunnen.”

onderzoekspapier –Plasonic lichte structurele kleurcoating‘ – werd gepubliceerd in het tijdschrift De wetenschap gaat vooruit.

Abonneer u op E&T News Email om geweldige verhalen zoals deze elke dag in uw inbox te ontvangen.