 据悉，研究人员已经开发出一种新的节能涂料，可以隔热，支持任何颜色，可以使用几个世纪。而且，这也是迄今为止最轻的颜料。
上图：像这样的传统涂料依赖于颜料。新型等离子涂料使用结构色。 这种涂料的灵感来自蝴蝶翅膀，但它不是由颜料制成的。相反，颜色是通过纳米颗粒的排列在结构上产生的。该团队称之为“等离子体涂料”。 根据他们的计算，只需要1.4公斤（3磅）的等离子体涂料就可以覆盖一架波音747，而使用传统商业涂料你需要至少454公斤（1000磅）才能做到这一点。这意味着，它可以显著减少飞行所需的温室气体。 需要澄清的是，这种涂料目前只在实验室中被创造出来，所以，我们离大规模生产它还有很长的路要走。 但研究人员已经用可以轻松放大的技术制造出了各种颜色的涂料，这就是他们接下来要研究的。 将这种涂料推向市场的一大动力是，它还有助于保持结构的冷却：等离子体涂料的结构反射整个红外光谱，因此吸收的热量更少。
上图：喷涂在金属蝴蝶翅膀上的等离子涂料。 研究人员表示，新涂料下的表面比覆盖普通商业涂料的表面温度低13至16摄氏度（25至30华氏度）。 领导研发这种涂料的中佛罗里达大学的纳米科学家德巴什·昌达（Debashis Chanda）说：“美国超过10%的电力都用于空调。温差等离子体涂料有望大大节省能源。使用更少的电力进行降温也会减少二氧化碳排放，从而减缓全球变暖。” 目前，基于颜料的涂料需要特定的分子来着色，而在现代涂料中，这些颜料通常是人工合成的。每个分子的电子性质决定了吸收多少光，从而决定了颜料的颜色。这也意味着每一种新的油漆颜色都需要一种新的颜料。 相反，等离子体涂料使用两种无色材料的纳米颗粒：铝和氧化铝。通过将它们以不同的方式排列在一个氧化涂层的铝镜上，就有可能控制光的散射、反射或吸收。 蝴蝶翅膀色彩丰富的原因，也是类似的原理。 纳米科学家德巴什·昌达说：“自然界中颜色和色调的范围是惊人的 —— 从五颜六色的花朵、鸟类和蝴蝶到鱼类和头足类动物等水下生物。在一些极其生动的物种中，结构色是主要的颜色产生机制，通常两种无色材料的几何排列能产生所有颜色。另一方面，对于（人造）色素，每一种颜色都需要新的分子。” 结构颜色使得这种涂料如此轻薄 —— 厚度仅为150纳米时，涂料达到了全色，使其成为有记录以来最轻的涂料。 在这项研究中，该团队使用电子束蒸发器创造了结构涂料，电子束蒸发器以高度控制的速率加热物质。
上图：花朵的分子颜色的比较（A）和蝴蝶翅膀上的结构散射（B）。（C） 显示了应用在金属蝴蝶上的等离子体涂料。 这种受控的蒸发，使小簇的铝纳米颗粒能够自我组装 —— 铝原子之间的吸引力比它们生长在氧化物基底上的吸引力更大，所以它们自然地聚集在一起。通过调整电子束蒸发器的压力和温度，该团队可以创造出反射不同颜色的结构。 该团队在论文中写道：“至关重要的是，这种压力和温度控制的工艺，确保了一个步骤在广泛区域内的高再现性，降低了生产成本，并实现了大规模制造。” 研究人员还将他们的结构色薄片与一种商业粘合剂结合在一起，这意味着，这种涂料至少在理论上可以使用数百年。 纳米科学家德巴什·昌达说：“正常的颜色会褪色，因为色素失去了吸收光子的能力。在这里，我们不受这种现象的限制。一旦我们给东西涂上结构色，它就会保持几个世纪。” 这并不是第一种承诺具有不可思议性能的新型涂料。你也许听说过“Vantablack” —— 世界上最黑的涂料之一，能够吸收99.96%的光线。 与等离子体涂料类似，这种超黑的颜色是由微小的碳纳米管制成的，从那以后，基于同样的方法，人们创造出了更黑的涂料。 还有超白涂料，能反射98.1%的光，有望显著减少空调需求。但与等离子体涂料不同的是，这种超白涂料依靠颜料来反射光，而且 Vantablack 目前只有一种颜色。 不过，在我们都能够定制我们自己的等离子油漆颜色，并只需一个小罐子涂料来粉刷整座房子之前，还有很长的路要走。 纳米科学家德巴什·昌达说：“传统的颜料涂料是在大型设备中生产的，他们可以生产数百加仑的涂料。目前，除非我们实现了扩大规模的方法，否则在学术实验室生产，它仍然是昂贵的。” |
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