Невесомые чернила: наносферы из кремния революционизируют авиационную отрасль

Исследователи из Университета Кобе (Япония) создали новые «структурные цветные чернила» толщиной всего 100–200 нанометров, которые отображают яркие цвета под широким углом обзора, не выцветая, и при этом весят менее 0,5 г на квадратный метр.

Обычные краски и пигменты поглощают определенные длины волн света и отражают другие, но разрушают их на молекулярном уровне, что приводит к выцветанию. Структурные цвета, с другой стороны, отражают полный спектр света от параллельных наноструктур, расположенных на правильном расстоянии друг от друга, чтобы компенсировать определенные длины волн.

Именно этот эффект придает крыльям бабочки и перьям павлина великолепные переливающиеся оттенки. Поскольку свет не поглощается, а просто отражается от структур, цвета не тускнеют, но эффект часто сильно зависит от угла обзора, что приводит к ослепительной переливчатости, которая прекрасна в природе, но немного необычна для большинства промышленных окрасок.

Наносферы в метанольной суспензии имеют другой цвет, чем при нанесении на поверхность

Новый метод ученых использует микроскопические кристаллические сферы из кремния. Благодаря явлению, известному как резонанс Ми (Mie resonance), наночастицы отражают определенные длины волн гораздо сильнее других, причем длины волн меняются в зависимости от размера частиц. Изменяя размер частиц, можно изменять цвет материала.

Монослой наносферы под микроскопом – почти идеально круглые сферы из кремния одинакового размера

Авторы работы отметили, что один слой редко расположенных наночастиц кремния толщиной всего 100–200 нанометров демонстрирует яркие цвета, но весит менее 0,5 г на квадратный метр, что делает созданные наносферы одним из самых легких цветных покрытий в мире.

Одной из сфер, где особенно востребованы сверхлегкие краски, является авиационная отрасль. Для покраски самолета используется от 272 до 544 кг краски, и каждый дополнительный килограмм непосредственно влияет на эффективность и экономию топлива. Использование чернил на основе наносфер позволит сократить вес до менее чем 10% от текущего.

Кроме того, обычная краска со временем выцветает и требует перекрашивания, что влечет за собой дополнительные расходы. Новые структурные чернила не выцветают вообще, что, несмотря на более высокую стоимость, позволит экономить средства на протяжении всего срока службы самолета.

Сверхлегкие структурные цветные чернила: пригодны для печати, не переливаются и не выцветают

Разработка специалистов может быть очень полезной для авиационной отрасли, особенно учитывая, что самолеты эксплуатируются на протяжении нескольких десятилетий, что делает долгосрочную экономию на весе и обслуживании критически важным показателем.