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Jun 21, 2023

蝶が世界で最も軽い絵の具の開発にインスピレーションを与える

「持続可能な塗料」という言葉を聞くと、VOCを含まない塗料を思い浮かべるかもしれませんが、さらに環境に優しいと期待される新しい塗料が街に登場しています。 多くの優れたイノベーションと同様、この新しい

「持続可能な塗料」という言葉を聞くと、VOCを含まない塗料を思い浮かべるかもしれませんが、さらに環境に優しいと期待される新しい塗料が街に登場しています。 多くの偉大なイノベーションと同様、この新しい塗料も偶然に発見されました。 それは、動物に見られる自然に発生する色を構造的に模倣した鏡の製造の失敗でした。 これを作成した科学者らは、従来の塗料よりも軽くて長持ちし、冷却効果があると述べています。

仕組みを理解しているかどうかに関係なく、作成者が超軽量プラズモニック構造色ペイントと呼んでいるこのような製品には、明らかに多くの応用可能性があります。 しかし、この新しい展開について少し光を当ててみましょう。

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プラズモニック ペイントに入る前に、通常のペイントがどのように機能し、何千年も機能してきたかを再確認すると役立つかもしれません。

絵の具を作るには、鉱物、金属、化学物質などの顔料を液体（通常は油）と混合します。 絵の具に色を与えるのは顔料であり、光の波長の一部を吸収し、他の波長を反射することで機能します。 反射されたものが色として見えます。

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この実証済みの塗料製造方法の問題は、有毒な化学物質が使用されている可能性があり、化学的に不安定で、時間の経過とともに色あせてしまう可能性があることです。 熱もこもります。 白い絵の具でも太陽光を完全には反射しません。

Wired によると、セントラルフロリダ大学（UCF）の研究チームはアルミニウム鏡の製造に取り組んでおり、イライラする「目に見えないほど小さいのに、鏡の輝きを乱すほど大きいアルミニウム原子の塊」に気づいたという。

彼らの鏡プロジェクトにとっては悪い知らせでしたが、彼らは小さな原子が白色光と反射光の中で振動することに気づきました。 原子のサイズによって、反射する色が決まります。

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つまり、研究者らは、異なるサイズのアルミニウム粒子を使用するだけで、異なる色を生成できることを意味しました。 粒子をミラーに付着させてカラーフレークに変換すると、液体と混合してペイントを作成できます。

UCFのナノサイエンス技術センター教授で研究者のデバシス・チャンダ氏によると、この種の色の生成は「構造的」と呼ばれ、多くの種が色を生成する方法であるという。

「色とりどりの花、鳥、蝶から魚や頭足類のような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」とチャンダ氏はジャーナルUCFトゥデイで述べた。 「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。」

「しかし、自然は私たちとはまったく異なる色の生成方法を持っています」とチャンダ氏は言う。 たとえば、蝶が示す色は、色素を使わずに自然によって生み出されます。 蝶の羽の表面は光を回折して、色素を含まず、より長く持続する構造色を作り出します。

新しい塗料では、無色の材料はアルミニウムと酸化アルミニウムです。

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それはそれで素晴らしいことですが、構造用塗料はどのようにして顔料塗料を超えるのでしょうか? 研究者らによると、その利点は大きいという。

光を吸収するのではなく「反射または散乱」する方法を制御するため、構造用塗料は時間が経っても安定し、色が褪色しません。 つまり、数年ごとに表面を再塗装する必要はありません。 もう一つの環境上の利点は、これらの新しい塗料が人工​​顔料や化学物質ではなく金属と酸化物のみを使用して製造されることです。

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最も興味深いのは、その構造のおかげで、プラズモニック ペイントは 2 つの点で軽量化されていることです。

UCF Today によると、まず、光を反射し、熱の吸収が少ないため、その表面は標準的な市販の塗料で塗装された表面よりも華氏 25 ～ 30 度 (摂氏マイナス 3.8 ～ マイナス 1.1 度) 低く保たれます。 これは建物を涼しく保つ上で大きな利点があり、その結果、屋内の冷却機構の使用が少なくて済みます。