Įkvėpti drugelio sparnų, šie dažai pagaminti ne iš pigmento. Vietoj to, spalva sukuriama struktūriškai išdėstant nanodaleles. Tyrėjų komanda tai vadina plazmoniniais dažais.
Jų skaičiavimais, norint padengti „Boeing 747“ lėktuvą, užtektų vos 1,4 kg plazmoninių dažų – tam reikėtų mažiausiai 454 kg tradicinių dažų.
Tai reiškia, kad būtų galima gerokai sumažinti skrydžiui reikalingų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį.
Žinoma, šie dažai buvo sukurti tik laboratorijoje, todėl iki masinės jų gamybos dar toli.
Vienas iš svarbių motyvų pateikti šiuos dažus rinkai yra tai, kad jie taip pat gali padėti išlaikyti vėsesnes konstrukcijas: plazmoninių dažų struktūra atspindi visą infraraudonųjų spindulių spektrą, todėl sugeriama mažiau šilumos.
Mokslininkai teigia, kad po naujaisiais dažais esantys paviršiai išlieka 13-16 laipsnių Celsijaus vėsesni, nei būtų, jei jie būtų padengti tradiciniais dažais.
„Daugiau kaip 10 proc. visos JAV suvartojamos elektros energijos sunaudoja oro kondicionieriai, aušindami orą“, – sako Centrinės Floridos universiteto nanomokslininkas Debašis Čanda, vadovavęs dažus sukūrusiai komandai.
„Plazmoniniai dažai atstumia karštį, todėl būtų galima sutaupyti daug energijos. Naudojant mažiau elektros energijos vėsinimui, taip pat sumažėtų anglies dioksido išmetimas, o tai pristabdytų pasaulinį atšilimą.“
Šiuo metu pigmentų pagrindu gaminamiems tradiciniams dažams spalvai sukurti reikia specifinių molekulių, o paprastai šiuolaikiniuose dažuose šie pigmentai yra dirbtinai sintetinami.
Kiekvienos molekulės savybės lemia, kiek šviesos sugeriama, taigi ir kokios spalvos yra dažai. Tai reiškia, kad kiekvienai naujai dažų spalvai reikia naujo pigmento.
Vietoj to, plazmoniniuose dažuose naudojamos dviejų bespalvių medžiagų – aliuminio ir aliuminio oksido – nanodalelės. Išdėstant jas skirtingais būdais ant oksidu dengto aliuminio veidrodžio, galima valdyti, kaip šviesa išsklaidoma, atspindima arba sugeriama.
Panašus procesas lemia sodrią drugelių sparnų spalvą.
„Gamtos pasaulio spalvų ir atspalvių įvairovė yra stulbinanti – nuo spalvingų gėlių, paukščių ir drugelių iki povandeninių būtybių, pavyzdžiui, žuvų“, – sako D. Čanda.
„Struktūrinė spalva „tarnauja“ kaip pagrindinis spalvų generavimo mechanizmas keliose itin ryškiose rūšyse, kur paprastai dviejų bespalvių medžiagų geometrinis išdėstymas sukuria visas spalvas. Kita vertus, naudojant žmogaus sukurtą pigmentą, kiekvienai spalvai sukurti reikia naujų molekulių.“
Dėl struktūrinės spalvos dažai yra tokie lengvi – vos 150 nanometrų storio dažai pasiekia pilną spalvingumą, todėl jie yra lengviausi užfiksuoti dažai.
Šiame tyrime komanda struktūrinius dažus kūrė naudodama elektronų pluošto garintuvą, kuris kontroliuojamu greičiu kaitina medžiagą.
Toks kontroliuojamas garinimas leidžia mažiems aliuminio nanodalelių klasteriams savaime susiburti – aliuminio atomai labiau traukia vienas kitą nei oksido substratas, ant kurio jie auginami, todėl jie natūraliai susitelkia.
Keisdama elektronų pluošto garintuvo slėgį ir temperatūrą, tyrėjų komanda gali sukurti skirtingas spalvas atspindinčias struktūras.
„Svarbiausia, kad šis slėgio ir temperatūros valdomas procesas užtikrina didelį atkuriamumą didelėse teritorijose vienu etapu, sumažindamas gamybos sąnaudas ir suteikdamas galimybę gaminti dideliais kiekiais“, – tyrėjai rašo savo straipsnyje.
Tyrėjai taip pat sujungė savo struktūrinius spalvotus dribsnius su komercine rišamąja medžiaga, o tai reiškia, kad dažai tarnaus šimtus metų – bent jau teoriškai.
„Įprasta spalva blunka, nes pigmentas praranda gebėjimą sugerti fotonus“, – sako D. Čanda.
„Mūsų neriboja šis reiškinys. Kai ką nors nudažome struktūrine spalva, ji turėtų išlikti šimtmečius“.
Tai ne pirmoji nauja dažų rūšis, žadanti neįtikėtinų savybių. Daugelis iš jūsų yra girdėję apie „Vantablack“ – vienus juodžiausių pasaulyje dažų, galinčių sugerti 99,96 proc. šviesos.
Panašiai kaip ir plazmoniniai dažai, šis itin juodas atspalvis yra mažyčių anglies nanovamzdelių rezultatas, ir nuo to laiko tuo pačiu metodu buvo sukurti dar juodesni dažai.
Taip pat yra itin balti dažai, kurie atspindi 98,1 proc. visos šviesos ir žada gerokai sumažinti oro kondicionavimo poreikį. Tačiau skirtingai nei plazmoniniai dažai, ultrabalti dažai šviesai atspindėti naudoja pigmentus, o „Vantablack“ šiuo metu yra tik vienos spalvos.
Vis dėlto dar laukia ilgas kelias, kol visi galėsime rinktis plazmoninių dažų spalvas ir naudoti tik vieną mažytę skardinę visam namui nudažyti.