Теперь вы можете получить глянцевый цвет, сравнимый с автомобильной краской, с помощью покрытия, в котором вообще нет пигмента. Разработка Университета Кобе позволяет использовать структурный цвет, который не тускнеет со временем, для окрашивания сложных поверхностей в больших масштабах, устраняет зависимость цвета от угла обзора и позволяет наносить защитные слои для практического применения.
«Ожидается, что цветные покрытия будут обеспечивать насыщенный цвет, яркость, блеск и долговечность. Ни одна из существующих технологий не удовлетворяет всем этим требованиям одновременно», — говорит инженер-материаловед из Университета Кобе Сугимото Хироси. В традиционных покрытиях используются относительно толстые слои пигмента, которые выцветают и значительно увеличивают вес изделия. Структурный цвет, как у павлиньих перьев, не подвержен фотовыцветанию, характерному для органических пигментов, но требует точного выравнивания и меняет цвет в зависимости от угла обзора. Кроме того, такие структурные массивы несовместимы с защитными слоями.
Ранее Сугимото разработал кремниевые наносферы как совершенно новый подход к структурному окрашиванию, при котором цвет не зависит от угла обзора. А совсем недавно его группа добилась возможности струйной печати с использованием этой технологии. Однако до сих пор отражательная способность была диффузной, то есть поверхностям не хватало блеска, но трюк, позволивший использовать струйную печать, открыл путь к решению проблемы. Сугимото объясняет: «Упаковка наносфер в оболочки из диоксида кремния не только защищает частицы, но и позволяет контролировать расстояние между ними, а также способствует самосборке в аккуратные массивы». Это должно уменьшить диффузное отражение, придав цвету блеск.
В статье, опубликованной в журнале Small Structures, команда демонстрирует возможность придания блеска и контроля над ним при нанесении покрытия на большие трехмерные поверхности. Кроме того, ученые показали, что добавление защитного покрытия не сильно меняет оттенок. «Самый интересный аспект этой работы заключается в том, что она демонстрирует возможность создания глянцевых, не переливающихся структурных цветных покрытий с защитным слоем для трехмерных объектов на одной платформе, что делает эту технологию полезной для практического применения», — объясняет Сугимото.
Кроме того, покрытия невероятно легкие, а непрозрачность и яркость достигаются за счет всего одного слоя кремниевых наносфер. Если бы такое покрытие применялось на широкофюзеляжных авиалайнерах, то их вес, который сейчас составляет несколько сотен килограммов, уменьшился бы до нескольких сотен граммов — меньше, чем упаковка молока на весь самолет. Кроме того, наночастицы состоят из кремния — нетоксичного материала, получаемого в полупроводниковой промышленности, — и кремнезема, одного из самых распространенных материалов в земной коре. В сочетании с тем, что они не выцветают, цветные покрытия смогут стать гораздо менее ресурсозатратными.
Сугимото участвует в создании компании, которая будет заниматься масштабированием производства для промышленного использования. Размышляя о широте возможных областей применения, он объясняет: «Этот процесс совместим с масштабируемыми методами нанесения покрытий, такими как напыление, нанесение покрытий с помощью щелевой матрицы и поточная обработка. Мы хотим расширить возможности применения научных принципов, лежащих в основе нашей технологии, не ограничиваясь окрашиванием. Мы планируем разработать многофункциональные покрытия из наночастиц кремния, которые будут сочетать структурную окраску с дополнительными оптическими функциями, такими как сенсорика, фотокатализ и управление энергией».
