Nanopartículas incoloras utilizadas para crear un recubrimiento liviano y colorido – Ars Technica

¿Sabes más que 50 por ciento ¿La contaminación por microplásticos en nuestros océanos proviene de las pinturas de colores? Casi todo lo que la gente arroja al océano, ya sea un juguete roto, una pequeña tapa de botella o un zapato, tiene algún tipo de capa colorida. Si bien puede intentar recolectar todas las cosas de plástico que se arrojan al océano, no hay forma de recolectar microplásticos que ya se hayan mezclado en el agua.

Las partículas derivadas de la pintura no son solo un problema en el océano; También se mezclan con el aire que respira. En 2010, los científicos estudiaron el efecto de los productos químicos utilizados en la pintura comercial de paredes en la salud de los niños. Descubrieron que los niños que dormían en habitaciones con paredes pintadas que contenían altos niveles de compuestos orgánicos volátiles (COV) tenían más probabilidades de Es probable que evolucione Condiciones médicas como eccema y asma.

¿Significa esto que las pinturas comerciales seguirán degradando nuestro medio ambiente y nuestra salud? Bueno, hay un nuevo rayo de esperanza. Investigadores de la Universidad de Florida Central (UCF) publicaron recientemente un estudio que describe los «recubrimientos plasmónicos», un material liviano y ecológico que tiene el potencial de reemplazar la mayoría de los recubrimientos coloreados. Afirman que su pintura plasmónica es también la pintura más ligera del mundo porque evita el uso de tintes y todos los materiales necesarios para mantener los pigmentos en su lugar.

Pablo Cicillo Abad, primer autor del estudio e investigador del Centro de Tecnología de Nanociencia de la UCF, dijo a Ars Technica: «Nuestro recubrimiento de pigmento es el más liviano del mundo y usarlo en lugar de los tintes tradicionales puede ayudar a reducir el peso total de los objetos. , lo cual es muy beneficioso para la industria «Aviación».

Agregó: “Como ejemplo de una aplicación lista para usar, considere el caso de un objeto grande como un jumbo jet Boeing 747. Una pintura convencional requeriría una gran cantidad de pintura, generalmente más de 1,000 lb (454 kg), para pintar tal objeto Sin embargo, se requeriría más pintura Solo alrededor de 3 libras (1,4 kg) de nuestra pintura plasmónica, que es una increíble reducción de peso de 400 veces «.

La geometría plasmónica crea colores.

La plasmónica es la rama de la ciencia que se ocupa de cómo el movimiento de los electrones afecta el tránsito de la luz en los metales. La pintura plasmónica propuesta produce colores mediante el uso de colorantes estructurales, un fenómeno que da a los pavos reales y mariposas sus colores brillantes y llamativos. Disposición geométrica de plumas, células de la piel y escamas en estos animales. Cambia el recorrido de los rayos de luz.Lo que hace que se doblen en diferentes ángulos y produzcan diferentes colores.

La coloración estructural del revestimiento plasmónico está inspirada en las mariposas. Se compone de dos sustancias incoloras: nanopartículas de aluminio y óxido de aluminio. Simplemente cambiando la forma en que se organizan estas partículas, el equipo de la UCF puede manipular la luz visible y Crea cualquier colordando como resultado el primer revestimiento estructural a todo color del mundo.

«Nuestras pinturas estructurales usan nanopartículas de aluminio para controlar los componentes espectrales de la luz y generar una gran paleta de colores visibles simplemente cambiando los parámetros de salida estructural. Cuando la luz incide en nuestra estructura, los electrones de las partículas de metal comienzan a oscilar, captando ciertos colores y reflejando frente a otros (este efecto se llama resonancia). plasmónico).

Por otro lado, los colores basados ​​en pigmentos funcionan absorbiendo ciertas longitudes de onda de luz con moléculas de pigmento. Por ejemplo, el color verde de las plantas es el resultado de que las moléculas de clorofila absorban la luz azul y roja y reflejen el verde. Aquí, los colores son simplemente el resultado de las propiedades de los materiales utilizados. La coloración estructural produce color no gracias al material, sino al controlar cómo interactúa con la luz.

La ventaja de las pinturas estructurales sobre los tintes químicos es que, si bien las moléculas de tinte pueden separarse con el tiempo y, por lo tanto, perder color, la coloración estructural se puede realizar con materiales muy estables que mantendrán el color a menos que la estructura se dañe físicamente. En comparación con los recubrimientos estándar, los recubrimientos plasmónicos son más duraderos.

el ganador

Según los autores del estudio, la durabilidad no es la única ventaja que ofrecen las pinturas plasmónicas. Por ejemplo, no tienen compuestos orgánicos volátiles ni ninguno de los contaminantes que se encuentran comúnmente en las pinturas convencionales. Además, no son tóxicos, ya que no se sintetizan químicamente utilizando partículas de pigmento o pigmentos de color, sino que se autoensamblan mediante métodos de nanofabricación.

Por lo tanto, una pared u objeto cubierto con pintura plasmónica no tendrá el mismo efecto nocivo para la salud humana y el medio ambiente que tiene con muchas pinturas. Además, debido a que las nanopartículas plasmónicas están diseñadas para eliminar selectivamente algunas longitudes de onda de la luz en el espectro visible y reflejar todo lo demás, absorben mucho menos calor en comparación con las pinturas convencionales (que absorben la luz infrarroja junto con la luz visible), por lo que pueden reducir la energía y el uso. de acondicionadores de aire interior y vehículos.

Las pinturas plasmónicas también son muy flexibles. Actualmente, si una fábrica de pintura necesita producir un nuevo tono de pigmento, necesitará una nueva molécula de pigmento. Las pinturas plasmónicas pueden producir una amplia gama de nuevos colores con una única fórmula. Todo lo que necesitan hacer es cambiar la disposición geométrica de las nanoestructuras en su revestimiento.

Lo más sorprendente es que solo necesitas una capa de pintura plasmónica para cubrir una pared entera o algo así. Los tintes químicos se basan en efectos volumétricos, por lo que es necesario pintar un objeto en varias capas para garantizar que el tamaño o el grosor de la pintura sea suficiente para reflejar las frecuencias de color deseadas, por lo general, de micrómetros a milímetros de pintura. Debido a que los recubrimientos plasmónicos pueden controlar la forma en que la luz interactúa e interactúa con ella, «podemos hacer que sea completamente reflectante incluso con una capa de un solo nanómetro de espesor, de 500 a 1000 veces más delgada que un cabello humano», dijo Abad.

No hay restricciones en la producción de recubrimientos plasmónicos a gran escala. El principal componente utilizado aquí es el aluminio, que es el metal más abundante en la corteza terrestre. «Nuestro proceso de fabricación de recubrimientos utiliza tecnologías que ya son comunes en las industrias de la electrónica, los semiconductores y los recubrimientos. Esto significa que la infraestructura y la experiencia necesarias para la producción de recubrimientos ya están disponibles, y el proceso puede ampliarse fácilmente para satisfacer la demanda. Por lo tanto, es una solución muy práctica y factible para aplicaciones comerciales a gran escala”, dijo Annihilate, según Ars Technica.

¿Está listo para usar?

La pintura plasmónica promete ser una alternativa sostenible, escalable, ligera y respetuosa con el medio ambiente a los productos de pintura de color tradicionales, pero aún no está lista para la venta en las tiendas. Los autores del estudio argumentan que se encuentra en las primeras etapas de desarrollo y tiene un alto costo de producción en este momento. Actualmente están explorando nuevas aplicaciones y refinando sus métodos de producción para hacer que los recubrimientos plasmónicos sean más eficientes y rentables.

Abad y su equipo también están trabajando en escudos de radiación térmica plasmónica e intentando hibridar sus recubrimientos con polímeros funcionales biodegradables. Esto permitiría cambios de color en respuesta a estímulos externos, lo que haría que la pintura fuera ideal para la detección ambiental o incluso para pinturas «inteligentes». “Creemos firmemente que esta tecnología tiene el potencial de revolucionar la industria de los recubrimientos y permitir nuevas innovaciones en una amplia gama de campos”, dijo Abad.

Avances científicos, 2023. DOI: 10.1126/sciadv.adf7207 (sobre los DOI)

Rubindra Brahambhatt es una experimentada periodista y directora de cine. Cubre noticias de ciencia y cultura y, durante los últimos cinco años, ha trabajado activamente con algunas de las agencias de noticias, revistas y marcas de medios más innovadoras que operan en varias partes del mundo.