ساختن سبک‌ترین رنگ جهان با الهام از بال‌های پروانه

محققان رنگ جدیدی برای صرفه‌جویی در انرژی ساخته‌اند که گرما را دفع می‌کند. می‌توان در هر رنگی آن را ساخت و احتمالا برای قرن‌ها دوام خواهد داشت.

این رنگ سبک‌ترین رنگی است که تا به امروز ساخته شده است.

این رنگ با الهام از بال‌های پروانه، بدون استفاده از رنگدانه و از طریق آرایش نانوذرات به صورت ساختاری ایجاد می‌شود و محققان آن را «رنگ پلاسمونیک» (plasmonic paint) می‌نامند.

بر اساس محاسبات آنها، تنها ۱.۴ کیلوگرم (۳ پوند) از رنگ پلاسمونیک برای پوشاندن یک هواپیمای بوئینگ ۷۴۷ کافی است، در حالی که برای پوشاندن آن با رنگ معمولی به دستکم ۴۵۴ کیلوگرم (۱۰۰۰ پوند) رنگ تجاری نیاز است.

این بدان معناست که این رنگ می‌تواند به میزان قابل توجهی گاز‌های گلخانه‌ای مورد نیاز برای پرواز را کاهش دهد. البته باید گفت که این رنگ فقط در آزمایشگاه ایجاد شده و بنابراین تا تولید انبوه آن فاصله زیادی داریم.

یکی از انگیزه‌های بزرگ برای عرضه این رنگ به بازار این است که می‌توان از آن برای خنک نگه داشتن سازه‌ها نیز استفاده کرد. ساختار رنگ پلاسمونیک کل طیف مادون قرمز را منعکس می‌کند، بنابراین گرمای کمتری جذب می‌شود.

محققان می‌گویند که سطوح زیر رنگ جدید ۱۳ تا ۱۶ درجه سانتیگراد خنک‌تر از سطوحی هستند که با رنگ تجاری معمولی پوشانده شده‌اند.

دباشیس چاندا (Debashis Chanda)، دانشمند نانو از دانشگاه فلوریدای مرکزی که رهبری تیم سازنده‌ی این رنگ را برعهده داشت، می‌گوید: بیش از ۱۰ درصد از کل برق در ایالات متحده صرف استفاده از تهویه مطبوع می‌شود.

تفاوت دمایی که رنگ پلاسمونیک وعده می‌دهد منجر به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی خواهد شد. استفاده از الکتریسیته کمتر برای خنک کردن نیز انتشار دی اکسید کربن را کاهش می‌دهد و در نتیجه گرمایش جهانی کاهش می‌یابد.

در حال حاضر، رنگ‌های مبتنی بر رنگدانه برای ایجاد رنگ به مولکول‌های خاصی نیاز دارند و معمولا در رنگ‌های مدرن، این رنگدانه‌ها به‌طور مصنوعی سنتز می‌شوند.

خواص الکترونیکی هر مولکول میزان جذب نور و در نتیجه رنگی که ظاهر می‌شود را کنترل می‌کند. این بدان معناست که برای هر رنگ جدید باید یک رنگدانه جدید وجود داشته باشد. این در حالی است که رنگ پلاسمونیک از نانوذرات دو ماده بی رنگ یعنی آلومینیوم و اکسید آلومینیوم استفاده می‌کند. با چیدمان آن‌ها به روش‌های مختلف بر روی یک آینه آلومینیومی با پوشش اکسید، می‌توان نحوه پراکندگی، بازتاب یا جذب نور را کنترل کرد. فرآیند مشابهی باعث ایجاد رنگ غنی بال‌های پروانه‌ها می‌شود.

چاندا می‌گوید: رنگ ساختاری به عنوان مکانیسم اصلی تولید رنگ در چندین گونه‌ی زنده عمل می‌کند که در آن‌ها آرایش هندسی دو ماده‌ی بی‌رنگ همه‌ی رنگ‌ها را تولید می‌کند. در حالی که هنگام استفاده از رنگدانه که ساخته‌ی دست بشر است، برای ساخت هر رنگی باید از مولکول‌های جدید استفاده شود. رنگ ساختاری همان چیزی است که رنگ را بسیار سبک وزن می‌کند.

در این تحقیق، محققان رنگ ساختاری را با استفاده از یک تبخیرکننده پرتو الکترونی ایجاد کردند که یک ماده را با سرعت کنترل شده گرم می‌کند. این تبخیر کنترل‌شده به خوشه‌های کوچکی از نانوذرات آلومینیوم اجازه می‌دهد تا به خودی خود جمع شوند. با تغییر فشار و دمای تبخیر کننده پرتو الکترونی، محققان توانستند ساختار‌هایی ایجاد کنند که رنگ‌های مختلفی را منعکس می‌کند.

محققان همچنین پوسته‌های رنگی ساختاری خود را با یک چسب تجاری ترکیب کردند که این به معنای دوام رنگ برای صد‌ها سال دستکم به صورت نظری است.

این اولین رنگ جدید جهان نیست که نویدبخش خواصی باورنکردنی است. بسیاری از شما نام رنگ ونتابلک (Vantablack) را شنیده‌اید که به عنوان یکی از سیاه‌ترین رنگ‌های جهان قادر به جذب ۹۹.۹۶ درصد از نور است.

این رنگ از نانولوله‌های کربنی ریز ساخته شده است و از زمان ساخت آن تاکنون رنگ‌های سیاه‌تری نیز بر اساس همین روش ایجاد شده است.

رنگ بی‌نهایت سفید نیز وجود دارند که ۹۸.۱ درصد نور را منعکس می‌کنند و نویدبخش کاهش نیاز به تهویه مطبوع هستند. اما برخلاف رنگ پلاسمونیک، رنگ‌های بسیار سفید برای انعکاس نور به رنگدانه‌ها متکی هستند و ونتا بلک نیز در حال حاضر تک‌رنگ است.

با این وجود برای رسیدن به روزی که تنها از یک قوطی کوچک برای رنگ آمیزی کل خانه خود استفاده کنیم، راه زیادی پیش رو داریم.

این تحقیق در مجله‌ی Science Advances منتشر شده است