이것은 세상에서 가장 가벼운 페인트입니다.

어쨌든 그들은 해냈습니다. 그만큼 4가지 색상의 모양과 디자인 기본적으로 보이지만 단순함이 기만적입니다. 보이지 않는 비율로 확대하면 이 페인트는 여러분이 알고 있는 페인트와 전혀 다릅니다.

색은 자연에서 우리를 둘러싸고 있으며 우리는 그것을 색소로 재창조합니다. 안료는 우리가 기름에 넣고 캔버스나 자동차에 바르는 중금속, 중금속 또는 화학 물질로 생각할 수 있습니다. 코발트는 파란색으로 변합니다. 카드뮴 황적색 황토색; “그러나 자연은 우리와 색상을 만드는 방식이 매우 다릅니다.”라고 Chanda는 말합니다. 공작새, 딱정벌레, 나비가 입는 자연의 가장 생동감 넘치는 외모 중 일부는 염료 없이 원하는 것은 무엇이든 할 수 있습니다.

이 색상은 지형에서 나옵니다. 공작 깃털, 딱정벌레 껍질, 나비 날개의 외부 표면에 있는 현미경이 아닌 풍경은 빛을 산란시켜 구조적 색상. 더 오래 지속되고 염료가 없습니다. 그리고 과학자들에게 이것은 지구에 더 좋을 뿐만 아니라 우리가 훨씬 더 뜨거운 세상에서 사는 데 도움이 될 수 있는 코팅을 만드는 열쇠입니다.

이번 달에 발표된 논문에서 과학의 발전Chanda Lab 표시 코팅은 세계 최초 구조 색상을 기반으로 합니다. 그들은 그것이 세계에서 가장 가벼운 페인트라고 생각하고 무게와 온도로 의미합니다. 코팅은 더 작은 알루미늄 나노입자가 점재된 작은 알루미늄 호일로 구성됩니다. 건포도는 문 앞과 뒤를 모두 덮을 수 있습니다. 항공기와 차량의 연료 사용을 줄일 수 있을 만큼 가볍습니다. 염료와 달리 태양으로부터 열을 가두지 않으며 성분도 낮습니다. 독성 페인트로 만든 헤비 메탈 카드뮴, 코발트 등.

Arizona State University의 생체모방학과장인 Dayna Baumeister는 페인트에 많은 숨겨진 기능이 있다는 사실에 놀라지 않습니다. “자연에게 조언을 구함으로써 디자인을 재고할 때 달성할 수 있는 것이 무엇인지를 보여주는 훌륭한 사례입니다.”라고 그녀는 말합니다.

새로운 형태의 페인트는 미학뿐만 아니라 물리학의 영역까지 훨씬 더 혁신해야 합니다. 그러나 Chanda의 연구실 구성원은 우연히 그들의 혁신을 우연히 발견했습니다. 그들은 페인트를 만들기 위해 출발하지 않았습니다. 그들은 전자 빔 증발기라는 도구를 사용하여 구성된 거울, 특히 길고 연속적인 알루미늄 거울을 만들고 싶었습니다. 그러나 각각의 시도에서 그들은 눈에 보이지 않을 만큼 작지만 거울의 광택을 방해할 만큼 충분히 큰 알루미늄 원자 덩어리인 작은 “나노랜드”를 관찰했습니다. 나노섬은 이제 연속적인 거울이 아니라 실망스럽게도 표면 전체에 나타났습니다. Chanda는 “정말 속상했습니다.”라고 회상합니다.

그런 다음 깨달음이 왔습니다. 이 혼란은 무언가를 하고 있었습니다. 유용한. 주변 백색광이 알루미늄 나노입자에 닿으면 금속의 전자가 영향을 받아 진동하거나 공명할 수 있습니다. 그러나 치수가 나노스케일로 가라앉으면서 원자는 더 까다로워집니다. 알루미늄 나노입자의 크기에 따라 전자는 특정 파장의 빛에 대해서만 진동합니다. 이로 인해 주변광이 원래의 일부인 단일 색상으로 반사됩니다. 그들이 만들려고 했던 거울과 같은 반사 표면에 알루미늄 입자 층을 배치하면 다채로운 효과가 증폭되었습니다.

무슨 색? 이것은 나노섬의 크기에 따라 다릅니다. “치수만 변경하면 실제로 만들 수 있습니다. 모든 사람 찬다가 말한다. 코발트와 같은 다른 기본 분자를 필요로 하는 염료와 달리 보라색 달팽이 점액– 각 색상에 대해 이 프로세스의 기본 분자는 항상 알루미늄이며, 다른 파장에서 빛으로 진동하는 다른 크기의 비트로 절단됩니다.

그림을 그릴 차례입니다. 수집 과정은 매우 얇은 양면 거울 시트에서 시작됩니다. 연구원들은 색상 효과를 증폭시키는 데 도움이 되는 투명한 분리막 재료로 각 면을 코팅했습니다. 그런 다음 판의 양면에 금속 나노입자 섬을 성장시켰다. 이 물질이 페인트에 사용되는 결합제나 오일과 호환되도록 만들기 위해 큰 시트를 녹여 가루 설탕 크기의 유색 박편으로 만들었습니다. 마지막으로, 작은 무지개를 만들기에 충분한 색을 만들고 나면 나비를 칠할 수 있습니다.

구조용 색상은 얇고 가벼운 층으로 전체 표면을 덮을 수 있기 때문에 Chanda는 이것이 항공사의 게임 체인저가 될 것이라고 믿습니다. 보잉 747에는 약 500kg의 페인트가 필요합니다. 그의 페인트는 1.3kg으로 같은 면적을 칠할 수 있는 것으로 추정된다. 이는 비행기당 1,000파운드 이상이며 비행당 필요한 연료의 양을 줄여줍니다.

국제 항공 무역 협회(International Airline Trade Association)의 대변인 페리 플린트(Perry Flint)는 그 가능성이 타당하다고 생각합니다. 연료가 이미 가장 큰 단일 운영 비용이라는 점을 감안할 때 [about 30 percent last year]그는 Wired에 보낸 이메일에서 “항공사는 항상 연비 개선에 관심이 있습니다. 효율적이고 새로운 형태의 기체와 엔진을 만드는 것도 중요하지만 무게를 줄이는 것도 엄청난 비용 절감 효과를 가져옵니다. American Airlines가 조종사 매뉴얼을 포기했을 때 당 67파운드 AA는 2021년에 737의 무게를 62파운드 줄인 새로운 정복을 도입했습니다. 300,000갤런 절약 년도.

구조용 페인트도 더 오래 지속될 수 있습니다. (일부 항공사는 비행기를 다시 칠합니다. 4년마다.) 색소 입자가 햇빛에 부서지지만 브라운 컬러는 퇴색되지 않아 퇴색되지 않습니다. 우리는 염료를 고정하고 산화 및 색상 손실을 방지하기 위해 이러한 모든 방법을 사용합니다. 아니면 시들어서 매립지에 버립니다.”라고 컨설팅 회사의 공동 설립자이기도 한 Baumeister는 말합니다. 자연의 모방 3.8.1. “그러나 유기체의 일생 동안 영원히 지속되는 색상이 필요할 때는 갈색이 가장 좋습니다.”

Chanda 팀은 또한 기존 페인트와 달리 구조용 페인트가 적외선을 흡수하지 않아 열을 가두지 않는다는 사실을 깨달았습니다. (“뜨거운 태양 아래 차가 뜨거워지는 이유가 바로 이 때문입니다.”라고 그는 말합니다.) 자연스럽게 새로운 페인트 냉각 비교: 초기 실험실 실험에 따르면 표면을 기존 페인트보다 화씨 20~30도 더 차갑게 유지할 수 있습니다.

Baumeister는 그것이 항공 분야를 훨씬 뛰어넘는 용도로 사용된다고 믿고 있습니다. 여기에는 도시에서 높은 온도와 때로는 치명적인 온도를 생성하는 “도시 열섬” 효과를 매개하는 것이 포함됩니다. “자동차를 상상할 수 있습니다. 보도를 상상할 수 있습니다.” 지붕이든 사이딩이든 미학적으로 사람들이 더 어두운 톤을 원하지만 물론 건물의 열부하를 증가시키는 건축 제품도 있습니다. 냉각 지붕용 페인트 및 보도).

그리고 전기를 사용하지 않고 건물을 시원하게 유지하면 보다 지속 가능한 기반 시설이 만들어질 것입니다. “외부 온도가 95도이고 온도를 80도 아래로 유지할 수 있다면 엄청난 AC 및 에너지 절약 효과가 있습니다.”라고 Chanda는 말합니다.

플라스크에서 통으로 생산을 확장하는 것은 어려운 일이 될 것이며 Chanda의 연구실은 상업적 파트너와 함께 시도하기를 희망합니다. (“학술 실험실은 여전히 ​​공장이 아닙니다.”라고 그는 말합니다.) 컨설팅 경험 Baumeister는 생체모방학에서 첫 번째 응용 분야는 소규모일 수 있다고 추측합니다. 아마도 전자 제품이나 온도에 민감한 제조 분야일 것입니다. 그러나 그녀는 이웃에서 영감을 얻은 혁신이 도시 인프라와 같은 가장 큰 규모에서도 깨질 것이라는 희망을 가지고 있습니다. “이 행성에서 인류의 미래는 우리가 자연과 잘 지낼 수 있는 방법을 알아내는 데 달려 있습니다.”라고 그녀는 말합니다.