科学家借助仿生学意外地创造出世界上最轻的涂料

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科学家借助仿生学意外地创造出世界上最轻的涂料

帖子 none楼主 »

科学家借助仿生学意外地创造出世界上最轻的涂料

传统的油漆是由黏合剂(如油)和重金属(如钴、赭石和镉)制成的颜料,它们分别构成蓝色、红色和黄色。我们用颜料为人工世界着色,但在自然界中,蝴蝶和甲虫等生物不用颜料就能显示出充满活力的调色板。

以孔雀的羽毛为例。孔雀羽毛中的亚显微脊线和轮廓会使光线发生衍射,从而产生我们所看到的彩虹色和绿色。这种自然色彩被称为结构性色彩。

中佛罗里达大学的科学家们已经开发出一种"独一无二"的涂料,模仿我们在自然界看到的结构性色彩。研究报告《超轻质子结构颜色涂料》的共同作者Debashis Chanda和他的团队无意中发现了这一发现。

最初的目标是使用电子束蒸发器制作一个长的连续铝镜。然而,在无数次失败的尝试之后,他们注意到铝结成一团,形成微观的"纳米岛"。这种结块使镜子无法形成镜子所需的高反射率表面。

然而,他注意到,当环境光照射到纳米颗粒时,铝的电子变得激动起来,导致它们振荡。此外,电子与不同波长的光发生共振,这取决于纳米粒子的大小。白光打在不平坦的表面上,在最后反射成单一颜色之前,在其脊背上反弹。

Chanda说:"只要改变纳米粒子的尺寸,你实际上就可以创造出所有的颜色。"

因此,该团队开始努力创造各种颜色的涂料,在双面镜中生长铝纳米片,然后专门将它们"溶解"成糖粉一样的灰尘。然后,他们将各种颜色的材料与粘合剂混合,制成涂料。由于其结构性质,只需要一个非常薄的涂层就可以给一个表面着色。他说,一滴葡萄干大小的涂料就能涂满一扇门的两面。这一特性使其成为超轻产品,这对航空业可能有极大帮助。

一架波音747需要大约1000磅的油漆。Chanda估计,用他的团队的结构性颜色涂抹一架喷气机,只需要不到三磅,可以节省超过997磅的重量。这对于一个重量仅在100万磅以南的飞机来说,可能看起来并不重要。然而,仅仅节省一点重量,就可以转化为大量的燃料节省。

国际航空贸易协会的发言人说:"鉴于燃料已经是最大的一笔运营费用[去年约占30%],航空公司总是对提高燃料效率感兴趣。"

例如,美国航空公司估计,通过从其飞机上删除仅67磅的飞行员手册,它每年就节省了40万加仑的燃料和120万美元,通过改用较轻的油漆,从其737飞机上减去62磅,在2021年又节省了30万加仑。

这种油漆的另一个优势是它的耐久性。由于太阳的氧化作用,航空公司每年最多重新给飞机喷漆四次。结构性颜色在阳光下不会褪色,这意味着只有当想改变颜色时才需要重新喷漆。

油漆的最后一个特性使它有助于保持凉爽的环境。大多数飞机是白色的,以尽可能多地反射光线。吸收的红外辐射会被截留,使内部更加温暖。

自然界有各种方法来增加颜色。结构散射是昌达的油漆所使用的机制。在蝴蝶翅膀(和孔雀羽毛)中发现的片状纳米结构散射入射光的蓝色成分,产生其特有的金属蓝色。

初步测试表明,该团队的着色剂比传统油漆保持20-30华氏度的表面温度,无论颜色如何。它是喷涂飞机、汽车、房屋和其他建筑物的理想选择。如果它能将室内温度降低哪怕15度,就能节省大量用于空调的能源。

研究人员现在面临的唯一问题是可扩展性。他们拥有制造小瓶的设备,但必须生产更多的小瓶才能真正实现商业化。该实验室正在寻求商业伙伴,以帮助将该涂料推向市场。
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huangchong
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Re: 科学家借助仿生学意外地创造出世界上最轻的涂料

帖子 huangchong »

油漆并不光是颜色 这么薄的一层纯铝 当油漆怕是非常不合适

如果和传统油漆的基底混起来 那所谓的轻质优势又没了

至于说对紫外线辐射不敏感 恐怕很多传统色料并不比它差多少 成本却低多了

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huangchong
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Re: 科学家借助仿生学意外地创造出世界上最轻的涂料

帖子 huangchong »

另外,想起了这个:


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