غزال زیاری– محققان اخیرا موفق به ساخت رنگ جدیدی شده‌اند که در صرفه‌جویی در انرژی معجزه کرده و ویژگی‌های متعدد و جالب‌توجهی دارد؛ از جمله اینکه گرما را دفع می‌کند، با هررنگی ست می‌شود و برای قرن‌ها ماندگار است؛ این رنگ در عین حال سبک وزن‌ترین رنگی است که تا به امروز ساخته شده.
آنها این رنگ را با الهام گرفتن از بال پروانه‌ها ساخته‌اند و برای تولید آن، از رنگدانه استفاده نشده و به جای آن، از طریق آرایش ساختاری نانوذرات تولید می‌شود و اعضا تیم سازنده، آن را ” رنگ پلاسمونیک” نامیده‌اند.
طبق محاسبات انجام شده، میزان رنگ مصرفی پلاسمونیک برای رنگ‌آمیزی یک هواپیمای عظیم‌الجثه بوئینگ ۷۴۷، تنها ۱.۴ کیلوگرم وزن خواهد داشت و این در حالی است که اگر از رنگ معمولی استفاده کنید، وزن رنگ مصرفی برای رنگ‌آمیزی این هواپیما حدود ۴۵۴ کیلوگرم خواهد بود. این بدان معناست که با استفاده از رنگ پلاسمونیک، میزان گاز گلخانه‌ای موردنیاز برای پرواز هواپیما به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت.
البته این رنگ تا به امروز تنها در آزمایشگاه تولید شده و هنوز به تولید انبوه نرسیده و برای این کار، به زمان زیادی نیاز است. اما محققان با بهره‌گیری از تکنیکی که به راحتی قابل توسعه است، آن را در رنگ‌های متفاوتی تولید کرده‌اند و در آینده این پروژه را ادامه خواهند داد.
بررسی فواید رنگ پلاسمونیک
یکی از انگیزه‌های اصلی در تولید و عرضه این رنگ آن است که با بهره‌گیری از آن می‌توان به خنک نگه داشتن سازه‌ها کمک کرد؛ چرا که ساختار رنگ پلاسمونیک به نحوی است که کل طیف مادون قرمز را منعکس می‌کند و در نتیجه گرمای کمتری را به خود جذب می‌کند. طبق گفته محققان، سطح زیرین این رنگ، ۱۳ تا ۱۶ درجه سانتی‌گراد خنک‌تر از زمانی است که سطح با رنگ‌های تجاری موجود در بازار رنگ‌آمیزی شده باشد.
دباشیس چاندا، دانشمند نانو از دانشگاه مرکزی فلوریدا که رهبری تیم سازنده این رنگ را عهده‌دار است دراین باره گفته:«حدود ۱۰% از کل برق مصرفی آمریکا، برای تهویه مطبوع هوا استفاده می‌شود. تفاوت دمایی که با استفاده از رنگ پلاسمونیک ایجاد می‌شود، صرفه‌جویی قابل توجهی را در مصرف انرژی به همراه خواهد داشت و استفاده از برق کمتر برای خنک کردن فضاها، باعث کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن و در نتیجه کاهش گرمایش جهانی خواهد شد.»
بیشتر بخوانید:
تفاوت در فرآیند تولید این رنگ
در حال حاضر برای تولید رنگ‌هایی که مبتنی بر رنگدانه ها هستند، به مولکوهای خاصی نیاز است و معمولا در رنگ‌های مدرن، این رنگدانه‌ها به صورت مصنوعی ایجاد می‌شوند. خواص الکترونیکی هر مولکول، میزان جذب نور را تعیین کرده و در نتیجه، رنگ‌های مختلف در طیف‌های متنوع تولید می‌شوند. این بدان معناست که برای هر رنگ جدید، به رنگدانه جدیدی نیاز است.
اما در تولید رنگ‌های پلاسمونیک، از نانوذرات دو ماده بی‌رنگ (آلومینیوم و اکسید آلومینیوم) استفاده می‌شود و با چینش آنها به روش‌های مختلف بر سطح یک آیینه آلومینیومی پوشیده از اکسید، می‌توان نحوه پراکنش، بازتاب یا جذب نور را کنترل کرد. این دقیقا همان فرآیندی است که در رنگ‌های متنوع بال‌های پروانه‌ها شاهدش هستیم.
چاندا توضیح داد:« طیف رنگ‌های موجود در طبیعت حیرت آور است؛ از گل‌ها و پرندگان و پروانه‌های رنگارنگ گرفته تا موجودات دریایی مثل ماهی‌ها و آبزیان دیگر.»
رنگ ساختاری (پلاسمونیک) همان چیزی است که باعث می‌شود تا رنگ مورد استفاده در رنگ‌آمیزی اشیا بسیار سبک باشد؛ کافی است تنها به ضخامت ۱۵۰ نانومتر از رنگ استفاده کنید تا بتوانید فضای مدنظرتان را به رنگ دلخواه دربیاورید و این رنگ، عنوان سبک‌ترین رنگ دنیا را مال خود کرده است.
روش تولید رنگ پلاسمونیک
در این بررسی، تیم تحقیقاتی رنگ ساختاری را با استفاده از یک تبخیرکننده پرتو الکترونی ایجاد کرد که ماده را با سرعت کنترل شده‌ای گرم می‌کند.
تبخیر کنترل شده، باعث می‌شود تا خوشه‌های کوچکی از نانوذرات آلومینیوم، به خودی خود کنار هم تجمع کنند. اتم‌های آلومینیوم بیشتر از بستر اکسیدی که روی آن رشد می‌کنند، به هم جذب می‌شوند و در نتیجه به‌صورت طبیعی کنار هم قرار می‌گیرند.
تیم تحقیقاتی توانست تا با تغییر فشار و دما در تبخیرکننده پرتو الکترونی، به ساختاری دست بیابد که رنگ‌های مختلف را منعکس می‌کند. در مقاله منتشر شده در این باره می‌خوانیم:« در این فرآیند با کنترل فشار و دما، هزینه تولید کاهش یافته و امکان ساخت رنگ در مقیاس‌های بالا فراهم خواهد شد.»
محققان در عین حال با ترکیب رنگ ساختاری، با یک چسب تجاری، اطمینان حاصل کردند که این رنگ حداقل در تئوری برای صدها سال دوام خواهد داشت. چاندا دراین باره گفت:« رنگ‌های معمولی با گذر زمان کمرنگ و محو می‌شوند؛ چرا که تدریجا رنگدانه‌ها توانایی‌شان در جذب فوتون‌ها را از دست می‌دهند. اما در رنگ پلاسمونیک، این مشکل وجود ندارد و این رنگ را می‌توان برای قرن‌ها روی سطح حفظ کرد.»
آشنایی با رنگ‌های حیرت‌آور تولید شده
این اولین بار نیست که تولید یک رنگ جدید، نویدبخش برخی خواص باورنکردنی می‌شود. مثلا رنگ وانتابلک، یکی از سیاه‌ترین رنگ‌های موجود در دنیا، یکی از رنگ‌های استثنایی است که توانایی جذب ۹۹.۹۶ درصد نور را داراست. سیاهی حیرت‌آور این رنگ، نتیجه نانو لوله‌های کربنی است و پس از تولید آن، محققان توانسته‌اند تا با استفاده از این روش، حتی رنگ‌های سیاه‌تری را نیز تولید کنند.
درعین حال یک رنگ فوق‌العاده سفید نیز وجود دارد که ۹۸.۱ درصد نور را منعکس می‌کند و با بهره‌گیری از آن می توان نیاز به تهویه مطبوع را به طرز قابل‌توجهی کاهش داد. اما برخلاف رنگ پلاسمونیک، این رنگ فوق‌العاده سفید، با بهره‌گیری از رنگدانه‌ها به انعکاس نور می‌پردازد.
فعلا منتظر رنگ پلاسمونیک نباشید
البته زمان زیادی به طول خواهد انجامید تا هرکدام از ما بتوانیم یک قوطی از رنگ پلاسمونیک را در خانه‌هایمان داشته باشیم و از آن برای رنگ‌آمیزی خانه استفاده کنیم. چاندا گفته:« رنگ‌های برپایه رنگدانه‌ها در کارخانه‌های بزرگی تولید می‌شوند و قابلیت تولید در حجم انبوه را دارند؛ این موضوع درباره رنگ‌های پلاسمونیک صدق نمی‌کند؛ چرا که در حال حاضر تولید این رنگ، حتی در آزمایشگاه دانشگاهی هم بسیار گران است.»
منبع: Sciencealert
۵۸۵۸
