Дайна Баумайстер, содиректор Центра биомимикрии Аризонского государственного университета, не удивлена, что краска имеет так много скрытых функций. «Это фантастическая демонстрация того, что возможно, когда мы переосмысливаем наши проекты, спрашивая совета у природы», — говорит она.
Для всех его несовершенства, краска трудно превзойти. Люди использовали пигменты на протяжении тысячелетий, поэтому приемы для получения правильного вида был освоен производителями красок. «Они точно знают, какую добавку добавить, чтобы изменить глянец; они могут сделать его ярче или приглушить — все это они придумали за сотни лет», — говорит Чанда.
Новые формы краски должны быть инновационными — в области физики, а не только эстетики. Тем не менее, сотрудники лаборатории Чанды случайно наткнулись на свое изобретение. Они не собирались делать краску. Они хотели сделать зеркало, в частности, длинное непрерывное алюминиевое зеркало, построенное с использованием прибора, называемого электронно-лучевым испарителем. Но при каждой попытке они замечали маленькие «наноостровки», сгустки атомов алюминия, достаточно крошечные, чтобы быть невидимыми, но достаточно большие, чтобы нарушить блеск зеркала. Наноостровки появились по всей поверхности того, что теперь, к сожалению, не было сплошным зеркалом. «Это очень раздражало, — вспоминает Чанда.
Затем пришло озарение: это разрушение что-то делало. полезный. Когда окружающий белый свет попадает на наночастицы алюминия, электроны в металле могут возбуждаться — они колеблются или резонируют. Но когда размеры погружаются в наномасштаб, атомы становятся более разборчивыми. В зависимости от размера наночастицы алюминия ее электроны будут колебаться только для определенных длин волн света. Это отражает окружающий свет как часть того, что было: один цвет. Нанесение алюминиевых частиц на отражающую поверхность, вроде того зеркала, которое они пытались построить, усилило красочный эффект.
Какой цвет? Это зависит от размера наноостровков. «Просто изменив измерение, вы действительно можете создать все цвета», — говорит Чанда. В отличие от пигментов, для которых требуется другая основная молекула, такая как кобальт или слизь фиолетовой улитки— для каждого цвета базовой молекулой для этого процесса всегда является алюминий, просто нарезанный на кусочки разного размера, которые излучают свет с разной длиной волны.
Пришло время заняться краской. Процесс группы начинается с очень тонкого листа двустороннего зеркала. Исследователи покрыли каждую сторону прозрачным прокладочным материалом, который помогает усилить цветовой эффект. Затем они вырастили островки металлических наночастиц с обеих сторон листа. Чтобы сделать этот материал совместимым со связующими веществами или маслами, используемыми в красках, они растворили его большие листы в разноцветные хлопья размером примерно с сахарную пудру. Наконец, когда они создали достаточно цветов для маленькой радуги, они могли нарисовать бабочку.
Поскольку структурный цвет может покрыть всю поверхность тонким сверхлегким слоем, Чанда считает, что это изменит правила игры — для авиакомпаний. Боингу 747 требуется около 500 кг краски. По его оценкам, его краска может покрыть ту же площадь весом 1,3 кг. Это более чем на 1000 фунтов сброшено с каждого самолета, что уменьшит количество топлива, необходимого для полета.