アリゾナ州立大学バイオミミクリー センターの共同ディレクターである Dayna Baumeister は、塗料に非常に多くの隠された機能があることに驚かない. 「自然にアドバイスを求めてデザインを再考することで、何が可能になるかを示す素晴らしいデモンストレーションです」と彼女は言います。
すべての その不完全さ、塗料に勝るものはありません。 人々は何千年もの間顔料を使用してきたため、適切な外観を得るためのトリックは塗料メーカーによって習得されてきました. 「彼らは、光沢を変えるために添加する添加剤を正確に知っています。 彼らはそれを明るくしたり、トーンを落としたりすることができます – 彼らは何百年もの間、これらすべてを考え出しました」とチャンダは言います.
新しい形の塗料は、美学だけでなく、物理学の領域まで革新しなければなりません。 それでも、Chanda の研究室のメンバーは偶然に彼らのイノベーションに出くわしました。 彼らは絵の具を作ることに着手していませんでした。 彼らは鏡、具体的には、電子ビーム蒸発器と呼ばれる器具を使用して構築された、長く連続したアルミニウム鏡を作りたいと考えていました。 しかし、すべての試みで、彼らは小さな「ナノアイランド」に気づきました。これは、目に見えないほど小さいが、鏡の輝きを乱すほど大きいアルミニウム原子の塊です。 ナノアイランドは、今では苛立たしいことに、連続した鏡ではなくなったものの表面全体に現れました。 「本当にうっとうしかったです」とチャンダは回想します。
そしてひらめきが訪れた：その混乱は何かをしていた 使える. 周囲の白色光がアルミニウム ナノ粒子に当たると、金属内の電子が励起され、振動または共鳴します。 しかし、寸法がナノスケールになると、原子はさらにうるさくなります。 アルミニウム ナノ粒子のサイズに応じて、その電子は特定の波長の光に対してのみ振動します。 これにより、環境光が元の色の一部として跳ね返ります: 単一の色です。 彼らが作ろうとしていた鏡のような反射面にアルミニウム粒子を重ねることで、カラフルな効果が増幅されました。
どの色？ それは、ナノアイランドのサイズに依存します。 「次元をシフトするだけで、実際に作成できます 全て 色」とチャンダは言います。 異なる基本分子を必要とする顔料とは異なり、コバルトや 紫色のカタツムリのスライム—各色について、このプロセスの基本分子は常にアルミニウムであり、さまざまな波長の光に振動するさまざまなサイズのビットにカットされています.
塗装の時間になりました。 グループのプロセスは、両面ミラーの非常に薄いシートから始まります。 研究者は、色の効果を増幅するのに役立つ透明なスペーサー材料で両側を覆いました。 次に、シートの両面に金属ナノ粒子の島を成長させました。 この材料を塗料に使用されるバインダーまたはオイルと適合させるために、彼らはその大きなシートを溶かして、粉砂糖と同じくらい細かいカラフルなフレークにしました。 最後に、小さな虹に十分な色を作成したら、蝶を描くことができました。
構造色は薄くて超軽量の層だけで表面全体を覆うことができるため、チャンダはこれが航空会社にとってゲームチェンジャーになると考えています. ボーイング 747 には、約 500 キログラムの塗料が必要です。 彼は、自分の絵の具が同じ面積を 1.3 キログラムで覆うことができると見積もっています。 これは、1 機あたり 1,000 ポンド以上の重量が削減されたことに相当し、1 回の移動で必要な燃料の量が削減されます。