受蝴蝶启发的“等离激元涂料”可能对节能建筑大有裨益

光线照射在纳米结构几何排列上,产生了醒目的色调。
Butterfly cutouts painted with plasmonic paint hues against grass background
蝴蝶鲜艳的色调是纳米结构层而非色素分子作用的结果。佛罗里达中部大学

建筑物的外墙涂料通常是保持室内恒温或凉爽的主要因素,并且在开发新配方以提高隔热性方面付出了巨大的努力。不幸的是,现代合成油漆中发现的挥发性有机化合物已被证明对环境和人类都有害。最重要的是,空调仍然占美国总电力消耗的10%以上。幸运的是,我们有蝴蝶和鱿鱼。

这些物种以及其他物种启发了佛罗里达中部大学纳米科学技术中心的金 Elovl 创造了一种超轻、环保的“等离激元油漆”。这种独特的油漆依靠铝和氧化铝的纳米级结构排列来产生色调,而不是传统的颜料。如 Debashis Chanda 最近发表在《科学进展》上的论文中所述,传统的颜料油漆着色剂依靠其分子的光吸收特性来确定颜色。相比之下,Chanda 的等离激元油漆则基于其纳米结构几何排列,利用光反射、吸收和散射来创造其视觉调色板。

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“大自然界中的色彩和色调范围令人惊叹——从色彩鲜艳的花朵、鸟类和蝴蝶到鱼类和头足类等水下生物,”Chanda 在周三发布的声明中说。Chanda 接着解释说,这些例子的结构色作为其改变色调的机制,因为两种无色材料结合起来产生颜色。

与目前市面上的传统油漆相比,Chanda 的等离激元油漆寿命长得多,而且环保高效。普通油漆会随着颜料失去吸收光电子的能力而褪色,但等离激元油漆的纳米结构属性确保颜色“可以像刚涂抹时一样鲜艳数百年”,Chanda 声称。

一层等离激元油漆仅需 150 纳米厚即可实现全色彩,这使其成为世界上最轻的油漆,并且项目所需用量大大减少。Chanda 估计,仅需三磅等离激元油漆就可以覆盖一架波音 747 喷气式飞机的整个外部——这项工作通常需要大约 1,000 磅合成油漆。

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还有节能方面。等离激元油漆可以反射整个红外光谱,因此吸收的热量 far 较少。在测试期间,涂有这种新物质的表面通常比涂有市面上常见商业油漆的表面温度低 25 到 30 华氏度。这可以为消费者节省大量的金钱,更不用说大大减少为空调系统供电所需的能源了。

Chanda 表示,等离激元油漆的商业可行性还需要进一步微调才能提高,并且需要扩大生产能力才能使其成为合成油漆的可行替代品。尽管如此,像蝴蝶这样的自然灵感可能最终有助于在未来几个世纪保护它们的壮丽。

“小时候,我一直想造一只蝴蝶,”Chanda 说。“颜色吸引了我。”

 

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