Investigadores de la Universidad de Kobe han creado una nueva «tinta de color estructural», de sólo 100 a 200 nanómetros de espesor, que muestra colores brillantes desde amplios ángulos de visión, sin decolorarse, y pesa menos de medio gramo por metro cuadrado (0,002 oz por pie cuadrado).
Las pinturas y pigmentos normales absorben ciertas longitudes de onda de luz y reflejan otras, pero esto tiende a degradarlos a nivel molecular, provocando su decoloración.
Los colores estructurales, por otro lado, reflejan todo el espectro de luz de nanoestructuras paralelas, separadas justo a la distancia adecuada para cancelar ciertas longitudes de onda. Es el efecto que da a las alas de mariposa y a las plumas de pavo real sus hermosos y brillantes tonos. Debido a que la luz no se absorbe, solo se refleja en las estructuras, los colores no se desvanecen, pero el efecto a menudo depende en gran medida del ángulo de visión, lo que genera una iridiscencia deslumbrante que es hermosa por naturaleza, pero un poco exagerada para la mayoría de los colorantes industriales. .
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El equipo de Kobe ha investigado una nueva forma de crear colores estructurales. En lugar de utilizar nanoestructuras paralelas, su método utiliza pequeñas esferas de silicio cristalino. A través de un fenómeno llamado resonancia de Mie, estas esferas a nanoescala reflejan ciertas longitudes de onda con mucha más fuerza que otras, y estas longitudes de onda varían con el tamaño de las partículas.
En otras palabras, cambia el tamaño de esas partículas y cambia el color del material. No hay efecto iridiscente porque las esferas reflejan la luz en todas direcciones. Los investigadores han demostrado que estas tintas se pueden imprimir. Y sorprendentemente, el color es más intenso cuando las nanoesferas tienen un poco de espacio a su alrededor, en lugar de estar muy apretadas, por lo que menos es más.
«Una sola capa de nanopartículas de silicio escasamente distribuidas con un espesor de sólo 100 a 200 nanómetros muestra colores brillantes pero pesa menos de medio gramo por metro cuadrado», afirma en un comunicado de prensa el ingeniero de materiales de Kobe, Sugimoto Hiroshi. «Esto hace que nuestras nanoesferas de silicio tengan una de las capas de color más claras del mundo».
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Un área que está pidiendo a gritos pinturas superligeras es el sector de la aviación. Los aviones de pasajeros, según Vuelo sencillotransporta entre 272 y 544 kg (600 y 1200 lb) de pintura, y todo lo que transporta un avión tiene un impacto directo en la eficiencia del combustible.
«Si utilizamos nuestra tinta basada en nanoesferas», dice Sugimoto, «podríamos reducir el peso a menos del 10%».
Entonces, dondequiera que vuele el avión, consumirá un poco menos de combustible, aproximadamente lo mismo que si transportara entre cinco y seis pasajeros varones adultos menos.
Es más, la pintura vieja y normal tiende a desvanecerse, lo que requiere repintar hasta 455 litros (120 gal) de pintura y 200.000 dólares. Estas nuevas tintas de colores estructurales no se desvanecerán en absoluto, por lo que, si bien ciertamente serán más caras al principio, durarán indefinidamente, lo que ahorrará dinero durante la vida útil de la aeronave.
Estas máquinas tienden a estar operativas durante varias décadas (siempre que no tengan escrito «Boeing», «737» y «Max»), por lo que aún podría haber un sólido argumento comercial para estas tintas de color estructurales ultrafinas una vez que estén disponibles. Estamos listos para la producción.
La investigación está disponible en la revista. Nanomateriales aplicados ACS, y las tintas se muestran en el vídeo a continuación.
Tinta de color estructural: Imprimible, no iridiscente y liviana
Fuente: Universidad de Kobe
