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Aug 05, 2023

科学者がエコを創造する

Di Eva Norgrove Un gruppo di ricerca in Florida

による

エヴァ・ノーグローブ

フロリダの研究チームが文字通り、世界で最もクールな絵の具を開発したかもしれない。

セントラルフロリダ大学のナノサイエンス研究者であるデバシス・チャンダ氏は、彼のチームは、従来の顔料のように熱を吸収することなく、光を反射し、美しく鮮やかな色を生み出す自然の能力を模倣する方法を開発しました。

Science Advances 誌に掲載されたチャンダ氏の研究は、構造色と、急速に温暖化する世界で人々がより涼しく暮らすために構造色をどのように利用できるかを説明および調査しています。

構造色は、従来の色素沈着ではなく、特定の方法で光を反射する無色の材料の配置によって作成されます。 このプロセスは、雨が降った後に虹がどのように作られるか、そしてサンキャッチャーが光を曲げてまばゆいばかりの色の表示を作り出す方法を示しています。

あなたが今まで見た中で最も美しい色、つまりあなたのお気に入りの色について考えてください。 鮮やかなフォレストグリーン、ワインレッド、あるいはロイヤルブルー。 あなたにとって完璧な顔料が何であれ、それはおそらくあなたの壁、爪、さらには車や自転車を着色している​​でしょう。

私たちは何世紀にもわたって色を追い求めてきました。 ただし、一部の色は他の色よりも再現するのが困難です。 クジャクの羽の緑、蝶の羽の青を人工的に再現するのはほぼ不可能です。 それはこれらのからだ自然界に見られる鮮やかな色は、顔料によって実現されるのではなく、すべて構造の中にあります。

それで、それは何を意味するのでしょうか？

サクランボを食べた後に口が汚れたときや、濡れた草の上に長時間座っていてジーンズが緑色に染まったときのことを思い出してください。 これらは顔料です。花、ハーブ、果物、虫などの天然素材を粉砕して、何かに色を与えるために使用できます。 この場合は汚れです。

これらの色を作成するには、重金属などの合成材料を使用して鮮やかな絵の具を作成します。

「私たちは人工的に合成された有機分子や金属を大量に使用しています」とチャンダ氏はNPRに語った。 「深い青色について考えてみてください。コバルトが必要で、深い赤色にはカドミウムが必要です。それらは有毒です。私たちはこの種の塗料を使用することで自然と生息地全体を汚染しています。そこで、私たちにとっての主な動機の 1 つは、色を作成することでした。無毒な素材をベースにしています。」

では、なぜクジャクの羽を粉砕して鮮やかな緑、青、金色を再現することができないのでしょうか? それは色素が無いからです。 クジャクの羽を含め、自然界で最も明るい色のいくつかはまったく着色されていません。

この明るく美しい色は、光の曲がりや反射によって生まれます。 翼、羽、その他の素材の構造が光を反射して観察者に戻す方法。 光を吸収せず、目に見える色の形で光を反射します。ここが興味深いところです。

チャンダの研究は、自然の色とそれが自然界でどのように実現されるかに魅了され、ここから始まりました。

チャンダ氏は、構造が作り出す美しい色の配列だけでなく、顔料とは異なり、構造用塗料は赤外線を吸収しないことも発見しました。

晴れた日に黒い車が暑くなり、夏にアスファルトを触ると熱くなるのは赤外線のせいです。 赤外線は熱エネルギーとしてこれらの表面に吸収されます。色が濃いほど、その色で着色された表面はより多くの量を吸収します。 暑い気候では明るい色の服を着るように勧められ、多くの建物が明るい白やベージュで塗られているのはこのためです。

チャンダさんは、構造色塗料が熱を吸収しないことを発見しました。 すべての赤外線を反射して返します。 これは、急速に温暖化する気候において、この塗料が地域社会の涼しさを保つのに役立つ可能性があることを意味します。

チャンダ氏と彼のチームは、この塗料が構造用塗料で覆われた建物の温度に及ぼす影響を市販の塗料と比べてテストしたところ、構造用塗料は表面を 20 ～ 30 度低く保つことが判明しました。

これは、地球温暖化による気温上昇と闘いながら、私たちが明るくカラフルな世界を持つことを可能にする、巨大な新しいツールだ、とチャンダ氏は語った。

白や黒の車とは異なり、構造用塗料の熱反射能力は色の濃さによって決まりません。 青、黒、紫の構造用塗料は、明るい白やベージュと同じくらい熱を反射します。 これにより、暑さを心配することなく、よりカラフルでクールな建築とデザインへの扉が開きます。

単にきれいになっただけではない、とチャンダ氏は言う。 構造用塗料は顔料入り塗料よりもはるかに軽量で、従来の顔料のように時間が経っても色あせません。

「レーズン相当の構造用塗料で、ドアの表裏を覆うのに十分だ」と同氏は語った。

色の深さを実現するために顔料の層に依存する顔料とは異なり、構造用ペイントでは表面を色で完全に覆うために粒子の薄い層を 1 つだけ必要とします。 これは、より高い燃料効率を達成するために可能な限り軽量な重量に依存する航空宇宙エンジニアにとって、構造用塗料が恩恵となる可能性があることを意味します。

チャンダ氏は、チームの研究の例としてボーイング 747 を使用しています。 これらの飛行機を覆うには、約 500 キログラムの塗料が必要です。 チャンダ氏は、構造用塗料を使用すれば、メーカーはわずか 1.7 キログラムの重量で飛行機をカバーできると推定しています。

構造用塗料の可能性は無限であり、チャンダ氏は、構造用塗料の缶が近いうちに金物店で入手できるようになることを望んでいます。

このプロジェクトに取り組む際のチャンダの主な動機は、自然とともにより自然に生きる方法を見つけることでした。

「自然はすでにこの道をたどり、私たちの周囲の環境にこの調和を生み出し、実際に何年にもわたって生き残り、維持することができます。」と彼は言いました。 「私たちには色が必要です。私たちはカラフルになりたいのですが、私たちの色の生成メカニズムは実際には自然によってサポートされておらず、自然からインスピレーションを得たものでもありません。」

チャンダさんは、この塗料がより健康的で涼しい環境への未来となることを望んでいます。