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Jun 24, 2023

Nanotechnologie-Lack sorgt für brillante Farben, die nicht verblassen

Ein Lack, der seine Farbe durch Aluminium-Nanopartikel und nicht durch Pigmente erhält, ist außerdem unglaublich leicht und reflektierend. Von Alex Wilkins, 8. März 2023 Anpassen des Abstands zwischen Nanopartikeln

Ein Lack, der seine Farbe nicht durch Pigmente, sondern durch Aluminium-Nanopartikel erhält, ist außerdem unglaublich leicht und reflektierend

Von Alex Wilkins

8. März 2023

Durch Anpassen des Abstands zwischen Nanopartikeln entstehen unterschiedliche Farben

Pablo Cencillo-Abad, Daniel Fran

Ein von einem Schmetterlingsflügel inspirierter Nanotechnologie-Lack ist so leicht, dass der Einsatz in einer Boeing 747 die Masse des Flugzeugs um eine halbe Tonne reduzieren könnte.

Die Farbe einer Farbe entsteht normalerweise durch Pigmente, das sind Moleküle, die bestimmte Lichtwellenlängen absorbieren und den Rest reflektieren. Einige dieser Pigmente können umweltschädlich sein, sind schwer zu entfernen und können mit der Zeit verblassen, insbesondere bei extremer Hitze oder längerer Sonneneinstrahlung.

Jetzt haben Debashis Chanda von der University of Central Florida und seine Kollegen eine pigmentfreie Farbe entwickelt, die stattdessen Flocken aus Aluminium-Nanopartikeln verwendet, die bestimmte Lichtwellenlängen einfangen und in Resonanz bringen, so wie bestimmte Schallwellenlängen ein Weinglas in Resonanz bringen können. Die eingefangenen Wellenlängen ähneln der Absorption in Pigmenten und verleihen dem Nanomaterial eine charakteristische Farbe.

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Bei diesem Phänomen handelt es sich um strukturelle Resonanz, die auch dem Flügel eines Schmetterlings Farbe verleiht. „Die Farbe basiert nicht auf einem Molekül, das Licht absorbiert, sondern lediglich auf der strukturellen Anordnung farbloser Materialien“, sagt Chanda.

Um die Farbe herzustellen, verwendeten Chanda und sein Team einen Elektronenstrahl, um Aluminium-Nanopartikel auf einem Spiegel aus demselben Material abzuscheiden. Der Abstand zwischen diesen Partikeln, der durch die Ablagerungsgeschwindigkeit der Partikel bestimmt wird, bestimmt die Wellenlängen des Lichts, die sie „absorbieren“, wobei die verbleibenden Wellenlängen die Farbe der Farbe darstellen. Dadurch können Chanda und sein Team die Farbe der Farbe ganz einfach auswählen.

Anschließend zerteilte das Team diese Nanopartikelblätter in Flocken und vermischte die Flocken mit Leinöl, um Farbe herzustellen. Eine Lackschicht muss nur 150 Nanometer dick sein, was sie unglaublich leicht macht. Eine damit überzogene Boeing 747 würde nur 1,3 Kilogramm Lack statt 500 Kilogramm bei normalem Lack benötigen, sagt Chanda.

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Die Farbe ist außerdem stark reflektierend und kann daher zum Kühlen von Autos oder Häusern verwendet werden. Da sie keine Pigmente enthält, verblasst sie nicht.

Die optischen Effekte dieser Nanostrukturen seien schon seit Jahrzehnten im Labor nachgewiesen worden, sagt John Pendry vom Imperial College London, doch die Herstellung von Farben mit ihnen sei neu. „Die Leistung dieser Jungs besteht darin, diese bekannten Effekte in einem ziemlich standardmäßigen industriellen Prozess zu realisieren“, sagt er.

Zeitschriftenreferenz:

Wissenschaftliche Fortschritte DOI: 10.1126/sciadv.adf7207

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