美研制出超轻型纳米彩色涂料

版次:06  2023年03月17日

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新华社北京3月16日电 美国研究人员开发出一种新型纳米涂料,只需要极薄的一层就能产生充足的色彩效果,每平方米的用量仅为0.4克,是目前最轻的涂料。

美国佛罗里达中部大学的研究小组日前在美国《科学进展》杂志上报告说,一架波音747飞机要使用约500千克的传统涂料,如果改成这种涂料,就只需要1.3千克。新涂料生产工艺相对简单,并且适用于多种表面。

这种纳米涂料采用了被称为“结构色”的色彩呈现技术,即利用物质微细结构的物理光学特性来呈现色彩,不需要色素。结构色现象在自然界中广泛存在,例如蝴蝶的翅膀、孔雀的羽毛等。

目前的商用涂料都是以色素为基础的,通过色素分子吸收特定波长的光来产生色彩效果。纳米结构色涂料比色素涂料更稳定,不会褪色,而且污染较少。但此前制备这类涂料的方法往往成本高、效率低,不适合大规模生产。

佛罗里达中部大学研究人员使用铝制的镜面层为基板,上面涂一层氧化铝,然后采用半导体工业广泛应用的电子束蒸发技术,使铝的纳米颗粒沉积在基板上,形成互不相连、群岛状的“纳米岛”。这个“纳米岛”颗粒层与氧化铝层及铝制镜面组成的夹心结构具有独特光学性质。各“纳米岛”之间的距离,以及氧化铝层的厚度,决定了该结构能与什么波长的光发生谐振、呈现什么样的色彩,调整沉积速度就能改变材料的颜色。

在制备过程中,整个结构附着在一层可溶于水的聚合物上,制备完成后去除聚合物,得到碎片状的纳米结构色材料。研究人员将该材料与亚麻籽油混合,制成可应用于各种表面的涂料。结果显示,100至150纳米厚的涂层就可以获得全彩色效果,而传统涂料需要几微米(1微米=1000纳米)的厚度才能做到。

此外,由于结构色现象的固有特性,以往这类材料往往具有虹彩效果,即从不同角度看到的颜色不一样,这在很多涂料应用领域并不合适。新材料在很大程度上克服了这个缺点,从而具备了更广阔的应用前景。