Nanopartículas incolores usadas para criar revestimento leve e colorido – Ars Technica

você sabe mais do que 50 por cento A poluição microplástica em nossos oceanos vem de tintas coloridas? Quase tudo que as pessoas jogam no oceano, seja um brinquedo quebrado, uma pequena tampa de garrafa ou um sapato, tem algum tipo de revestimento colorido. Embora você possa tentar coletar todo o material plástico que é jogado no oceano, não há como coletar os microplásticos que já se misturaram à água.

Partículas derivadas de tinta não são apenas um problema no oceano; Eles também se misturam ao ar que você respira. Em 2010, cientistas estudaram o efeito de produtos químicos usados ​​em tintas de parede comerciais na saúde das crianças. Eles descobriram que as crianças que dormiam em quartos com paredes pintadas que continham altos níveis de compostos orgânicos voláteis (VOCs) eram mais propensas a É provável que evolua Condições médicas como eczema e asma.

Isso significa que as tintas comerciais continuarão a degradar nosso meio ambiente e nossa saúde? Bem, há um novo vislumbre de esperança. Pesquisadores da University of Central Florida (UCF) publicaram recentemente um estudo descrevendo “revestimentos plasmônicos”, um material leve e ecológico que tem o potencial de substituir a maioria dos revestimentos coloridos. Eles afirmam que sua tinta plasmônica também é a tinta mais leve do mundo porque evita o uso de corantes e todos os materiais necessários para manter os pigmentos no lugar.

Pablo Cicillo Abad, primeiro autor do estudo e pesquisador do Centro de Tecnologia de Nanociência da UCF, disse à Ars Technica: “Nosso revestimento de pigmento é o mais leve do mundo e usá-lo no lugar de corantes tradicionais pode ajudar a reduzir o peso total dos objetos , o que é muito benéfico para a indústria.” Aviação.”

Ele acrescentou: “Como exemplo de uma aplicação pronta, considere o caso de um objeto grande, como um jato jumbo Boeing 747. Uma tinta convencional exigiria uma grande quantidade de tinta, geralmente acima de 1.000 lb (454 kg), para pintar tal objeto. No entanto, mais tinta seria necessária Apenas cerca de 3 libras (1,4 kg) de nossa tinta plasmônica, o que é uma incrível redução de peso de 400 vezes.”

Geometria plasmônica cria cores

A plasmônica é o ramo da ciência que estuda como o movimento dos elétrons afeta o trânsito da luz nos metais. A pintura plasmônica proposta produz cores através do uso de coloração estrutural, um fenômeno que dá aos pavões e borboletas suas cores vivas e atraentes. Arranjo geométrico das penas, células da pele e escamas desses animais Ele muda a viagem dos raios de luzO que os faz dobrar em ângulos diferentes e produzir cores diferentes.

A coloração estrutural do revestimento plasmônico é inspirada em borboletas. É composto por duas substâncias incolores: nanopartículas de alumínio e óxido de alumínio. Apenas mudando a maneira como essas partículas estão dispostas, a equipe da UCF pode manipular a luz visível e Crie qualquer corresultando no primeiro revestimento estrutural colorido do mundo.

“Nossas tintas estruturais usam nanopartículas de alumínio para controlar os componentes espectrais da luz e gerar uma grande paleta de cores visíveis simplesmente alterando os parâmetros estruturais de saída. Quando a luz atinge nossa estrutura, os elétrons da partícula metálica começam a oscilar, captando certas cores e refletindo fora dos outros (esse efeito é chamado de ressonância). plasmônico).

Por outro lado, as cores à base de pigmento funcionam absorvendo certos comprimentos de onda de luz com moléculas de pigmento. Por exemplo, o verde nas plantas resulta de moléculas de clorofila que absorvem a luz azul e vermelha e refletem o verde. Aqui, as cores são simplesmente resultado das propriedades dos materiais utilizados. A coloração estrutural produz cor não graças ao material, mas controlando como ele interage com a luz.

A vantagem das tintas estruturais sobre os corantes químicos é que, enquanto as moléculas de corante podem se separar com o tempo e, assim, perder a cor, a coloração estrutural pode ser realizada a partir de materiais muito estáveis ​​que manterão a cor, a menos que a estrutura seja fisicamente danificada. Em comparação com os revestimentos padrão, os revestimentos plasmônicos são mais duráveis.

a vitória

Segundo os autores do estudo, a durabilidade não é a única vantagem oferecida pelas tintas plasmônicas. Por exemplo, não possuem compostos orgânicos voláteis nem nenhum dos poluentes comumente encontrados nas tintas convencionais. Além disso, eles não são tóxicos, pois não são sintetizados quimicamente usando partículas de pigmento ou corantes coloridos, mas são automontados por meio de métodos de nanofabricação.

Portanto, uma parede ou objeto coberto com tinta plasmônica não terá o mesmo efeito nocivo à saúde humana e ao meio ambiente que muitas tintas. Além disso, como as nanopartículas plasmônicas são projetadas para remover seletivamente alguns comprimentos de onda de luz no espectro visível e refletir todo o resto, elas absorvem muito menos calor em comparação com as tintas convencionais (que absorvem a luz infravermelha junto com a luz visível) e, portanto, podem reduzir a energia e o uso de condicionadores de ar interno e veículos.

As tintas plasmônicas também são muito flexíveis. Atualmente, se uma fábrica de tintas precisa produzir uma nova tonalidade de cor de pigmento, ela precisará de uma nova molécula de pigmento. As tintas plasmônicas podem produzir uma ampla gama de novas cores com uma única fórmula. Tudo o que eles precisam fazer é mudar o arranjo geométrico das nanoestruturas em seu revestimento.

O mais incrível é que você só precisa de uma camada de tinta plasmônica para cobrir uma parede inteira ou algo assim. Os corantes químicos dependem de efeitos volumétricos, portanto, é necessário pintar um objeto em várias camadas para garantir que o tamanho ou espessura da tinta seja suficiente para refletir as frequências de cores desejadas – normalmente, micrômetros a milímetros de tinta. Como os revestimentos plasmônicos podem controlar a maneira como a luz interage e interage com ela, “podemos torná-la completamente reflexiva, mesmo com uma única camada de nanômetros de espessura, 500 a 1.000 vezes mais fina que um fio de cabelo humano”, disse Abad.

Não há restrições à produção de revestimentos plasmônicos em larga escala. O principal componente utilizado aqui é o alumínio, que é o metal mais abundante na crosta terrestre. “Nosso processo de fabricação de revestimentos utiliza tecnologias já comuns nas indústrias de eletrônicos, semicondutores e revestimentos. Isso significa que a infraestrutura e o conhecimento necessários para a produção de revestimentos já estão disponíveis e o processo pode ser facilmente ampliado para atender à demanda. Portanto, é é uma solução muito prática e viável para aplicações comerciais em grande escala”, disse ele.anihilate, de acordo com a Ars Technica.

Está pronto para usar?

A tinta plasmônica promete ser uma alternativa sustentável, escalável, leve e ecológica aos produtos tradicionais de tinta colorida, mas ainda não está pronta para venda nas lojas. Os autores do estudo argumentam que ele está nos estágios iniciais de desenvolvimento e tem um alto custo de produção. Eles estão explorando novas aplicações e refinando seus métodos de produção para tornar os revestimentos plasmônicos mais eficientes e econômicos.

Abad e sua equipe também estão trabalhando em escudos de radiação térmica plasmônica e tentando hibridizar seus revestimentos com polímeros funcionais biodegradáveis. Isso permitiria mudanças na cor em resposta a estímulos externos, tornando a tinta ideal para detecção ambiental ou até mesmo pinturas “inteligentes”. “Acreditamos firmemente que esta tecnologia tem o potencial de revolucionar a indústria de revestimentos e permitir inovações em uma ampla gama de campos”, disse Abad.

Science Advances, 2023. DOI: 10.1126/sciadv.adf7207 (sobre DOIs)

Rubindra Brahambhatt é uma experiente jornalista e diretora de cinema. Ele cobre notícias de ciência e cultura e, nos últimos cinco anos, trabalhou ativamente com algumas das mais inovadoras agências de notícias, revistas e marcas de mídia que operam em várias partes do mundo.