Science子刊：世界上第一种节能涂料——灵感来自蝴蝶

　　Debashis Chanda是UCF纳米科学技术中心的教授，他从蝴蝶身上获得了灵感，创造了第一个环保的、大规模的、多颜色的颜料基着色剂替代品，这可以有助于节能工作，并有助于减少全球变暖。基于这种生物灵感，Chanda的研究小组创新了一种等离子体涂料，它利用无色材料——铝和氧化铝——的纳米级结构排列来代替颜料来创造颜色。颜料着色剂控制光的吸收是基于颜料材料的电子性质，因此每种颜色都需要一个新的分子，而结构着色剂控制光的反射、散射或吸收方式纯粹是基于纳米结构的几何排列。

　　

   

   

UCF纳米科学技术中心的Debashis Chanda教授从蝴蝶身上获得灵感，创造了创新的新型等离子体涂料，如图所示，应用于金属蝴蝶翅膀上。

资料来源:中佛罗里达大学

UCF研究人员创造了世界上第一种节能涂料-灵感来自蝴蝶

UCF的一名研究人员已经开发出一种替代方法来生产更天然、更环保、重量更轻的彩色涂料，而不是需要人工合成分子的基于颜料的彩色涂料。

中佛罗里达大学研究员Debashis Chanda是UCF纳米科学技术中心的教授，他从蝴蝶中获得灵感，创造了第一个环保、大规模和多色的颜料基着色剂替代品，这可以有助于节能工作，并有助于减少全球变暖。

这一研究成果发表在今天的《科学进展》杂志上，是一篇专题文章。

Chanda说:“自然界中颜色和色调的范围是惊人的——从五颜六色的花、鸟和蝴蝶到鱼和头足类动物等水下生物。”“在一些极其生动的物种中，结构色是主要的颜色产生机制，通常两种无色材料的几何排列产生所有颜色。另一方面，对于人造色素，每一种颜色都需要新的分子。”

基于这种生物灵感，Chanda的研究小组创新了一种等离子体涂料，它利用无色材料——铝和氧化铝——的纳米级结构排列来代替颜料来创造颜色。

颜料着色剂控制光的吸收是基于颜料材料的电子性质，因此每种颜色都需要一个新的分子，而结构着色剂控制光的反射、散射或吸收方式纯粹是基于纳米结构的几何排列。

这种结构色只使用金属和氧化物，不像目前使用人工合成分子的颜料色，对环境友好。

研究人员将他们的结构色薄片与一种商业粘合剂结合起来，形成各种颜色的持久涂料。

Chanda说:“正常的颜色会褪色，因为色素失去了吸收光子的能力。”“在这里，我们不受这种现象的限制。一旦我们给东西涂上结构色，它就会保持几个世纪。”

此外，研究人员说，由于等离子体涂料反射整个红外光谱，涂料吸收的热量更少，导致底部表面比覆盖标准商业涂料的温度低25至30华氏度。

Chanda说:“美国超过10%的电力用于空调。”“温差等离子体涂料有望大大节省能源。减少用电降温也能减少二氧化碳排放，减缓全球变暖。”

研究人员说，等离子体涂料也非常轻。

Chanda说，这是由于这种涂料的大面积厚度比，在仅150纳米的涂料厚度下就能实现全着色，使其成为世界上最轻的涂料。

他说，这种涂料非常轻，只需大约3磅的等离子体涂料就可以覆盖一架波音747，而通常需要1000磅以上的传统涂料。

Chanda说，他对结构色的兴趣源于蝴蝶的活力。

“当我还是个孩子的时候，我一直想做一只蝴蝶，”他说。“颜色引起了我的兴趣。”

未来的研究

Chanda说，该项目的下一步工作包括进一步探索这种涂料的节能性能，以提高其作为商业涂料的可行性。

他说:“传统的颜料涂料是在大型设备中生产的，他们可以生产数百加仑的涂料。”“目前，除非我们通过扩大规模的过程，否则在学术实验室生产它仍然是昂贵的。”

“我们需要带来一些不同的东西，比如无毒、冷却效果、超轻，这是其他传统涂料无法做到的。”

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Ultralight Plasmonic Structural Color Paint