Araştırmacılar, ısıyı iten, her renkte gelen ve yüzyıllarca dayanması gereken yeni bir enerji tasarruflu boya geliştirdiler. Aynı zamanda bugüne kadar üretilmiş en hafif boyadır.
İlhamını kelebek kanatlarından alan bu boya, pigmentten yapılmadı. Bunun yerine, renk, nanopartiküllerin düzenlenmesi yoluyla yapısal olarak yaratılır. Ekip buna “Plasmonik boya” adını veriyor.
Yapılan hesaplamalara göre, bir Boeing 747 uçağını kaplamak için yalnızca 1,4 kilogram plazmonik boya yeterlidir. Aynı boyayı normal boyayla yapmak için en az 454 kilogram konvansiyonel ticari boyaya ihtiyacınız olacaktır. Bu, uçuş için gerekli olan sera gazı miktarını önemli ölçüde azaltabileceği anlamına gelir.
Bu boya sadece laboratuvarda üretildi
Bu yüzden onu toplu olarak üretmenin çok uzağında yer alıyoruz. Ancak araştırmacılar, kolayca büyütülebilen teknikler kullanarak boyayı çeşitli renklerde yaptılar ve bundan sonra üzerinde çalışacakları şey de bu.
Bu boyayı piyasaya sürmek için büyük bir motivasyon, aynı zamanda yapıların daha serin kalmasına yardımcı olabilmesidir. Plazmonik boyaların yapısı tüm kızılötesi spektrumu yansıtır, böylece daha az ısı emilir.
Araştırmacılar, yeni boyanın altındaki yüzeylerin, normal ticari boya ile kaplandıkları duruma göre 13 ila 16 santigrat derece daha soğuk kaldığını söylüyorlar.
Boyayı yaratan ekibe liderlik eden Central Florida Üniversitesi’nden nanobilimci Debashis Chanda, “ABD’deki toplam elektriğin yüzde 10’undan fazlası klima kullanımına gidiyor” diyor.
“Plazmonik boyanın vaat ettiği sıcaklık farkı önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlayacaktır. Soğutma için daha az elektrik kullanılması aynı zamanda karbondioksit emisyonlarını da azaltarak küresel ısınmayı azaltacaktır.”
Şu anda pigment bazlı boyalar, rengi oluşturmak için belirli moleküller gerektiriyor ve genellikle modern boyalarda bu pigmentler yapay olarak sentezleniyor.
Her molekülün elektronik özellikleri, ne kadar ışığın emildiğini ve dolayısıyla boyanın hangi rengin görüneceğini kontrol eder. Bu, her yeni boya rengi için yeni bir pigment olması gerektiği anlamına gelir.
Bunun yerine, plazmonik boya, iki renksiz malzemenin nanopartiküllerini kullanır. Bunları oksit kaplı bir alüminyum aynanın üzerine farklı şekillerde yerleştirerek ışığın nasıl dağıldığını, yansıtıldığını veya emildiğini kontrol etmek mümkündür.
Kelebek kanatlarının zengin renginden de benzer bir süreç geçerlidir.
Chanda, “Renkli çiçekler, kuşlar ve kelebeklerden balık ve kafadanbacaklılar gibi su altı canlılarına kadar doğal dünyadaki renk ve ton yelpazesi şaşırtıcıdır” diyor.
“Yapısal renk, tipik olarak iki renksiz malzemenin geometrik düzenlemesinin tüm renkleri ürettiği birkaç son derece canlı türde birincil renk oluşturma mekanizması olarak hizmet eder. Öte yandan, insan yapımı pigmentte, mevcut her renk için yeni moleküllere ihtiyaç vardır. ”
Yapısal renk, boyayı bu kadar hafif yapan şeydir. Sadece 150 nanometre kalınlığında, boya tam renklenmeye ulaşır ve bu da onu rekordaki en hafif boya yapar.
Bu araştırmada ekip, bir maddeyi oldukça kontrollü bir oranda ısıtan bir elektron ışını buharlaştırıcı kullanarak yapısal boyayı yarattı.
Bu kontrollü buharlaşma, küçük alüminyum nanopartikül kümelerinin kendi kendine bir araya gelmesine izin verir. Alüminyum atomları, üzerinde büyüdükleri oksit substrattan daha fazla birbirlerini çekerler, bu nedenle doğal olarak kümelenirler.
Ekip, elektron ışını buharlaştırıcısının basıncını ve sıcaklığını ayarlayarak farklı renkleri yansıtan yapılar oluşturabilir.
Ekip makalelerinde “Önemli olarak, bu basınç ve sıcaklık kontrollü süreç, tek bir adımda geniş alanlarda yüksek tekrar üretilebilirlik sağlayarak üretim maliyetini düşürür ve büyük ölçekli fabrikasyon sağlar” diye yazıyor.
Araştırmacılar ayrıca yapısal renk pullarını ticari bir bağlayıcı ile birleştirdiler, bu da boyanın en azından teoride yüzlerce yıl dayanacağı anlamına geliyor.
Chanda, “Pigment fotonları emme yeteneğini kaybettiği için normal renk solar” diyor.
“Burada, bu fenomenle sınırlı değiliz. Bir şeyi yapısal renkle boyadığımızda, yüzyıllarca kalması gerekir.”
Bu, bazı inanılmaz özellikler vaat eden ilk yeni boya türü değil. Birçoğunuz, ışığın yüzde 99,96’sını emebilen, dünyanın en siyah boyalarından biri olan Vantablack’i duymuşsunuzdur.
Plazmonik boyaya benzer şekilde, bu süper siyahlık, küçük karbon nanotüplerin sonucudur ve o zamandan beri aynı yönteme göre daha siyah boyalar bile yaratılmıştır.
Ayrıca tüm ışığın yüzde 98,1’ini yansıtan ve klima ihtiyacını önemli ölçüde azaltmayı vaat eden ultra beyaz boya da var. Ancak plazmonik boyadan farklı olarak, ultra beyaz boya ışığı yansıtmak için pigmentlere ihtiyaç duyar ve Vantablack şu anda yalnızca tek renkte sunuluyor.
Yine de, hepimiz kendi plazmonik boya renklerimizi özelleştirmeden ve tüm evi boyamak için sadece küçük bir kutuyu kullanmadan önce gidecek çok yol var.
Chanda, “Geleneksel pigment boya, yüzlerce galon boya üretebilecekleri büyük tesislerde üretiliyor” diyor.
“Şu anda, ölçek büyütme sürecinden geçmezsek, akademik bir laboratuvarda üretim yapmak hala maliyetli.”
Araştırma Science Advances‘da yayınlandı.
Can Dinlenç