研究人员已经开发出一种新型节能涂料，它可以隔热，有任何颜色，而且可以使用几个世纪。它也是迄今为止创造的最轻的油漆。
研究人员已经开发出一种新型节能涂料，它可以隔热，有任何颜色，而且可以使用几个世纪。它也是迄今为止创造的最轻的油漆。
受蝴蝶翅膀的启发，这种涂料不是用颜料制成的。相反，颜色是通过纳米粒子的排列在结构上产生的。该团队称其为“等离子体涂料”。
根据他们的计算，只需1.4 千克（3 磅）的等离子涂料即可覆盖一架波音 747——您至少需要 454 千克（1,000 磅）的传统商用涂料才能做到这一点。
这意味着它可以显着减少飞行所需的温室气体量。
需要明确的是，这种涂料只是在实验室中创造的，所以我们距离大规模生产它还有很长的路要走。
但是研究人员已经使用可以轻松放大的技术制作出各种颜色的油漆，这就是他们下一步的工作。
等离子涂料涂在金属蝴蝶翅膀上。（中央佛罗里达大学）
将这种涂料推向市场的一大动力是它还可以帮助保持结构凉爽：等离子涂料的结构反射整个红外光谱，因此吸收的热量更少。
研究人员表示，与覆盖普通商用油漆的情况相比，新油漆下方的表面温度保持在 13 至 16 摄氏度（25 至 30 华氏度）。
“在美国，超过 10% 的总电力用于空调使用，”来自中佛罗里达大学的纳米科学家 Debashis Chanda 说，他领导了创造这种涂料的团队。“等离子涂料承诺的温差将带来显着的能源节约。使用更少的电力进行冷却也将减少二氧化碳排放，减缓全球变暖。”
目前，基于颜料的涂料需要特定的分子来构建颜色，而在现代涂料中，通常这些颜料是人工合成的。
每个分子的电子特性控制吸收了多少光，因此控制了油漆的颜色。这意味着每种新的油漆颜色都需要一种新的颜料。
相反，等离子体涂料使用两种无色材料——铝和氧化铝——的纳米粒子。通过将它们以不同的方式排列在氧化涂层铝镜的顶部，可以控制光的散射、反射或吸收方式。
蝴蝶翅膀的丰富色彩也是类似的过程。
“自然界的颜色和色调范围[是]惊人的——从五颜六色的花朵、鸟类和蝴蝶，到鱼类和头足类动物等水下生物，” Chanda 说。“结构色是几种极其生动的物种的主要颜色生成机制，在这些物种中，通常两种无色材料的几何排列会产生所有颜色。另一方面，对于[人造]颜料，每种颜色都需要新分子。 “
花朵分子颜色 (A) 与蝴蝶翅膀 (B) 结构散射的比较。(C) 显示应用于金属蝴蝶的等离子体涂料。（Chanda 等人，《科学进展》，2023 年）
结构色使涂料如此轻盈——厚度仅为 150 纳米，涂料达到全色，使其成为有记录以来最轻的涂料。
在这项研究中，该团队使用电子束蒸发器创建了结构涂料，该蒸发器以高度受控的速率加热物质。
这种受控的蒸发使小的铝纳米粒子簇能够自组装——铝原子比它们生长的氧化物基板更容易相互吸引，因此它们自然会聚集在一起。
通过调整电子束蒸发器的压力和温度，该团队可以创建反射不同颜色的结构。
该团队在他们的论文中写道：“至关重要的是，这种压力和温度受控的过程确保了在一个步骤中在广泛区域的高度可重复性，从而降低了生产成本并实现了大规模制造。”
研究人员还将他们的结构色薄片与商业粘合剂结合在一起，这意味着这种涂料可以使用数百年——至少在理论上是这样。
“正常颜色会褪色，因为颜料失去了吸收光子的能力，” Chanda 说。
“在这里，我们不受这种现象的限制。一旦我们用结构色来画东西，它应该会保留几个世纪。”
这不是第一种承诺具有一些令人难以置信的特性的新型涂料。你们中的许多人都听说过Vantablack——世界上最黑的油漆之一，能够吸收 99.96% 的光线。
与等离子涂料类似，这种超级黑度是微小碳纳米管的结果，此后基于相同方法甚至创造了更黑的涂料。
还有超白漆，可反射 98.1% 的光线，并有望显着减少空调需求。但与等离子体涂料不同，超白涂料依靠颜料反射光线，而 Vantablack 目前只有一种颜色。
尽管如此，在我们都定制自己的等离子体涂料颜色并仅使用一个小罐子来粉刷整个房子之前，还有很长的路要走。
“传统的颜料涂料是在大型设施中生产的，在那里他们可以生产数百加仑的涂料，” Chanda 说。
“目前，除非我们通过放大过程，否则在学术实验室生产仍然很昂贵。”
该研究已发表在《科学进展》上。