이것은 세계에서 가장 가벼운 페인트입니다

맥스 G. 레비

Debashis Chanda는 그림을 그릴 수 있는 물리학자를 찾는 데 어려움을 겪었습니다. 센트럴 플로리다 대학교 나노과학 연구실의 연구원들은 혁신적인 새로운 종류의 냉각 페인트를 만드는 데 필요한 고급 기계의 문제점을 이미 해결했습니다. 그들은 생생한 색상으로 유리병을 채웠습니다. 그러나 그것을 보여줄 때가 되자 그들은 벽에 부딪혔다. Chanda는 “우리는 손으로 나비를 거의 그릴 수 없었는데, 이는 일종의 어린이 그림이었습니다.”라고 말합니다.

어쨌든 그들은 해냈습니다. 모양과 4가지 색상의 디자인은 기본적으로 보이지만 단순함은 기만적입니다. 보이지 않는 차원까지 깊이 확대해 보면 이 페인트는 여러분이 알고 있는 페인트와 거의 전혀 다릅니다.

색상은 자연 속에서 우리를 둘러싸고 있으며, 우리는 이를 색소로 재창조합니다. 안료는 우리가 기름으로 만들어 캔버스나 자동차 위에 바르는 분쇄된 광물, 중금속 또는 화학 물질로 생각할 수 있습니다. 코발트는 파란색이 됩니다. 황토색; 카드뮴 황색. “그러나 자연은 우리와는 매우 다른 방식으로 색을 만들어냅니다.”라고 Chanda는 말합니다. 공작새, 딱정벌레, 나비 등 자연의 가장 생생한 모습 중 일부는 색소 없이도 제 역할을 합니다.

그 색깔은 지형에서 나옵니다. 공작 깃털, 딱정벌레 껍질, 나비 날개의 외부 표면에 있는 초현미경 풍경은 빛을 회절시켜 구조적 색상으로 알려진 것을 생성합니다. 지속력이 길고 색소가 없습니다. 그리고 과학자들에게 이는 지구에 더 좋을 뿐만 아니라 우리가 더 더운 세상에서 살아가는 데 도움이 될 수도 있는 페인트를 만드는 열쇠입니다.

이번 달 Science Advances에 발표된 논문에서 Chanda의 연구실은 구조적 색상을 기반으로 한 최초의 페인트를 시연했습니다. 그들은 그것이 세상에서 가장 가벼운 페인트라고 생각합니다. 그리고 무게와 온도 측면에서 모두 그렇게 생각합니다. 페인트는 더 작은 알루미늄 나노입자가 점재하는 작은 알루미늄 조각으로 구성됩니다. 건포도만큼의 재료가 문의 앞면과 뒷면을 모두 덮을 수 있습니다. 코팅된 비행기와 자동차의 연료 사용량을 잠재적으로 줄일 수 있을 만큼 가볍습니다. 안료처럼 햇빛으로부터 열을 가두지 않으며, 카드뮴이나 코발트와 같은 중금속으로 만든 페인트보다 그 성분의 독성이 적습니다.

앤디 그린버그

응오펜 음푸투벨레

줄리안 초카투

매트 사이먼

애리조나 주립대학교 생체모방 센터의 공동 책임자인 Dayna Baumeister는 페인트에 숨겨진 기능이 너무 많다는 사실에 놀라지 않습니다. “자연에게 조언을 구하여 디자인을 재고할 때 무엇이 ​​가능한지 환상적인 사례입니다.”라고 그녀는 말합니다.

모든 결함에도 불구하고 페인트는 이길 수 없습니다. 사람들은 수천 년 동안 안료를 사용해 왔기 때문에 올바른 모양을 얻기 위한 비법은 페인트 제작자들이 숙달해 왔습니다. “그들은 광택을 바꾸기 위해 어떤 첨가물을 첨가해야 하는지 정확히 알고 있습니다. 그들은 그것을 더 밝게 만들거나 톤을 낮출 수 있습니다. 그들은 이 모든 것을 수백 년에 걸쳐 알아냈습니다.”라고 Chanda는 말합니다.

새로운 형태의 페인트는 그 이상, 즉 미학뿐만 아니라 물리학의 영역까지 혁신해야 합니다. 그럼에도 불구하고 Chanda의 연구실 구성원들은 우연히 그들의 혁신을 발견했습니다. 그들은 페인트를 만들기 시작하지 않았습니다. 그들은 전자빔 증발기라는 도구를 사용하여 거울, 특히 길고 연속적인 알루미늄 거울을 만들고 싶었습니다. 그러나 모든 시도에서 그들은 눈에 보이지 않을 만큼 작지만 거울의 빛을 방해할 만큼 큰 알루미늄 원자 덩어리인 작은 "나노섬"을 발견했습니다. 나노섬은 지금은 실망스럽게도 연속적인 거울이 아닌 표면 전체에 나타났습니다. Chanda는 이렇게 회상합니다. “정말 짜증났습니다.

그러다 깨달음이 왔습니다. 그 혼란이 뭔가 유용한 일을 하고 있다는 것이었습니다. 주변 백색광이 알루미늄 나노입자에 닿으면 금속의 전자가 여기되어 진동하거나 공명할 수 있습니다. 그러나 크기가 나노 수준으로 떨어지면 원자는 더욱 까다로워집니다. 알루미늄 나노입자의 크기에 따라 전자는 특정 파장의 빛에 대해서만 진동합니다. 이는 주변광을 단일 색상의 일부로 반사시킵니다. 그들이 만들려고 했던 거울과 같은 반사 표면에 알루미늄 입자를 겹쳐서 다채로운 효과를 증폭시켰습니다.