Японские нано-чернила помогут самолётам сэкономить сотни килограмм веса
Команда исследователей из японского университета Кобе создала новые цветные структурные нано-чернила толщиной в 100-200нм. Они могут отражать яркие цвета под широкими углами обзора, не выцветают и весят меньше 0.5г на 1кв.м.
В чем же преимущество структурных чернил над обычными? Цвет последних определяется пигментом или красителем, который поглощает и отражает определённую часть спектра — последнее и видит человечески глаз. Структурные чернила работают за счёт того, что в них находятся микроструктуры, которые прямо создают тот или иной цвет. Они не поглощают, а отражают полный спектр света от параллельных наноструктур, расположенных на определённом расстоянии друг от друга.
И у структурных чернил есть интересная особенность — цвет поверхности зависит от угла зрения и подложки, именно так мы и видим необычную пестроту и переливчатость крыльев бабочек или павлиньим перьям. Это красиво, но не применимо во множестве ситуаций, где требуется однородный цвет.
Команда исследователей из университета Кобе разработала принципиальной новый способ создания структурных чернил. Вместо использования параллельных наноструктур они воспользовались микроскопическими сферами из кремния. Благодаря оптическому явлению под названием «резонанс Ми», эти наноразмерные сферы отражают определенные длины волн гораздо сильнее, чем другие, и эти длины волн меняются в зависимости от размера частиц.
По-простому — вы меняете размер сфер и это меняет цвет чернил. Не будет и эффекта переливчатости, потому что сферы отражают свет одинаково во всех направлениях. Что интересно, чем больше расстояние между сферами, чем менее плотно они прилегают друг к другу, тем ярче отражённый свет. Иначе говоря — чем меньше, тем лучше.
В пресс-релизе команды исследователей упоминаются слова инженера-материаловеда Сугимото Хироши, который заявляет что одного слоя из распределенных наночастиц кремния толщиной всего 100-200 нанометров достаточно чтобы дать яркие цвета при весе краски всего лишь менее половины грамма на квадратный метр. Это делает кремниевые наносферы одними из самых легких цветных покрытий в мире.
И авиация является той областью, где такие сверхлёгкие краски найдут теплый приём. Полная покраска авиалайнера может увеличить его вес на несколько сотен килограмм, а значит увеличить и расход топлива. Кроме этого, привычная краска постепенно выцветает и через какое-то время самолет требует повторной окраски, что означает лишний вес и лишние траты.
Структурные чернила же не выцветают. И пусть изначально они дороже, но их достаточно нанести один раз и в долговременной перспективе (а крупные авиалайнеры эксплуатируются несколько десятилетий) это позволит сэкономить владельцу самолета сэкономить.