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日本創「奈米墨水」 幫飛機減少90%塗漆重量
明日科學
發布於 22 天前

神戶大學的研究人員發明了一種新型的「結構色彩墨水」,厚度僅100-200奈米,能夠從廣角度展現鮮艷的顏色且不褪色,同時每平方米的重量不到半克。

普通的油漆和顏料會吸收某些波長的光並反射其他波長,但這容易在分子層面上導致退化,從而褪色。

結構色彩其實就是一種特別的顏色,它不是用染料來上色,而是用超微小的結構在材料表面排列得剛剛好,來反射光線。這就像蝴蝶翅膀或孔雀羽毛上閃閃發光的顏色,那些顏色不會因為太陽曬而褪色,因為光只是從這些微小結構反射出來的,而不是真的被吸收。不過,這種顏色看起來會隨著你看的角度改變,有時候會閃閃發亮得讓人目不轉睛。在大自然中這樣很漂亮,但如果在車子或電器上看到,可能就會覺得太花哨了。

神戶大學的團隊研究了一種創建結構色的新方法。與其使用平行奈米結構,他們的方法使用微小的結晶矽球。通過所謂的「Mie共振現象」,這些奈米級球體反射某些波長的光要,比其他波長強得多——這些波長隨著顆粒大小而變化。

換句話說,改變這些顆粒的大小,就能改變材料的顏色。由於球體在所有方向上反射光,所以沒有虹彩效應。研究人員已經證明這些墨水可以被印刷。而且值得注意的是,當奈米球體周圍有一點空間,而不是緊密排列時,顏色最強烈——所以「少即是多」。

沒有虹彩效應 可在所有球體方向反光

懸浮於甲醇中的納米球,其顏色與塗成單層於表面時所展現的顏色有所不同。(圖/FUJII Minoru)

神戶大學的材料工程師杉本洋在說:「單層稀疏分布的矽奈米顆粒,厚度僅有100-200奈米,但顯示出鮮艷的顏色,且每平方米的重量不到半克。這使我們的矽納米球成為世界上最輕的彩色塗層之一。」

一項領域迫切需要超輕量級的油漆是航空領域。,客機攜帶的油漆重量在272-544公斤之間,而飛機攜帶的每一樣東西都直接影響燃油效率。

杉本說:「如果我們使用基於奈米球的墨水,我們可能能將重量減少到原來的不到10%。」

所以無論飛機飛往何處,它都會燃燒更少的燃料——大約相當於如果它攜帶的成年男性乘客少5~6位。

更重要的是,普通的油漆傾向於褪色,需要重新噴漆,耗費高達455升(120加侖)的油漆和20萬美元的成本。這些新的結構色彩墨水根本不會褪色,所以雖然它們初期可能更貴,但它們將無限期地持久,從而在飛機的服務壽命中節省金錢。

這項研究已發表在《ACS應用奈米材料》期刊上。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com

圖片來源: ACS Applied Nano Materials cc By4.0、DALL.E

參考論文:

1.Monolayer of Mie-Resonant Silicon Nanospheres for Structural Coloration

  ACS Applied Nano Materials

延伸閱讀:

1.「很物理」的諾貝爾化學獎 為「奈米」技術注入「色彩」的科學家們

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