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Aug 03, 2023

UCFの研究者が世界初のエネルギーを創出

Devashis Chanda, ricercatore presso l'Università della Florida Centrale e professore presso l'UCF.

セントラルフロリダ大学の研究者であり、UCF ナノサイエンス技術センター教授であるデバシス・チャンダ氏は、蝶からインスピレーションを得て、顔料ベースの着色剤に代わる環境に優しい、大規模かつ多色の初めての代替品を作成しました。地球温暖化を減らします。

この開発は本日、Science Advances に特集記事として掲載されました。

「色とりどりの花、鳥、蝶から魚や頭足類などの水中の生き物に至るまで、自然界の色と色合いの範囲は驚くべきものです」とチャンダ氏は言います。 「構造色は、いくつかの非常に鮮やかな種において主要な色生成メカニズムとして機能し、通常 2 つの無色の材料の幾何学的配置によってすべての色が生成されます。一方、人工顔料の場合、存在する色ごとに新しい分子が必要です。」

このような生物学的インスピレーションに基づいて、チャンダの研究グループはプラズモニック ペイントを革新しました。これは、色を作成するために顔料の代わりに無色の材料 (アルミニウムと酸化アルミニウム) のナノスケールの構造配置を利用します。

顔料着色剤は顔料材料の電子特性に基づいて光吸収を制御するため、すべての色に新しい分子が必要ですが、構造着色剤は純粋にナノ構造の幾何学的配置に基づいて光の反射、散乱、または吸収の方法を制御します。

このような構造色は、人工的に合成された分子を使用する現在の顔料ベースの色とは異なり、金属と酸化物のみを使用するため、環境に優しいです。

研究者らは、構造色フレークを市販のバインダーと組み合わせて、あらゆる色の長持ちする塗料を形成しました。

「色素が光子を吸収する能力を失うため、通常の色は褪色します」とチャンダ氏は言う。 「ここでは、その現象に制限されません。構造色で何かをペイントすると、それは何世紀にもわたって残るはずです。」

さらに、プラズモニックペイントは赤外線スペクトル全体を反射するため、ペイントが吸収する熱が少なくなり、その結果、下面は標準的な市販のペイントで覆われた場合よりも華氏25〜30度低く保たれると研究者は述べています。

「米国の総電力量の 10% 以上がエアコンの使用に当てられています」とチャンダ氏は言います。 「プラズモニックペイントが期待する温度差は、大幅なエネルギー節約につながるでしょう。冷却に使用する電力が減れば、二酸化炭素の排出も削減され、地球温暖化も緩和されるでしょう。」

研究者によると、プラズモニックペイントは非常に軽量だという。

これは塗料の面積対厚さの比が大きいためであり、わずか 150 ナノメートルの塗料の厚さでフルカラーが実現され、世界で最も軽い塗料になるとチャンダ氏は述べています。

この塗料は非常に軽量であるため、通常は従来の塗料で1,000ポンド以上を必要とするボーイング747型機を、わずか約3ポンドのプラズモニック塗料で塗装することができると同氏は言う。

チャンダ氏は、構造色への興味は蝶の活気に由来していると語ります。

「子供の頃、私はいつも蝶を作りたいと思っていました」と彼は言います。 「色に興味が惹かれます。」

今後の研究

チャンダ氏は、プロジェクトの次のステップには、商業用塗料としての実現可能性を高めるために、塗料の省エネ面をさらに探求することが含まれると述べた。

「従来の顔料塗料は、数百ガロンの塗料を製造できる大規模な施設で製造されています」と彼は言います。 「現時点では、スケールアッププロセスを経ない限り、学術研究室で生産するには依然として高価です。」

「非毒性、冷却効果、超軽量など、他の従来の塗料では実現できない、異なるものを実現する必要があります。」 チャンダさんは言う。

ライセンス取得の機会

このテクノロジーのライセンスに関する詳細については、「Vivid Plasmonic Color 用の無機ペイント顔料」テクノロジー シートをご覧ください。

研究者の資格情報

チャンダは、UCF のナノサイエンス技術センター、物理学科、および光学・フォトニクス大学で兼務しています。 彼はトロント大学でフォトニクスの博士号を取得し、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校で博士研究員として働いていました。 彼は 2012 年秋に UCF に加わりました。

研究タイトル: 超軽量プラズモン構造色ペイント