il colore senza l'uso di pigmenti o coloranti
Sustainable Development Goals (SDGs)
Un nuovo materiale per una città sostenibile (Goal 11) e una produzione responsabile (Goal 12)
Tecnologia
Gli esseri umani vivono in un mondo colorato, ma il modo in cui creano il colore spesso coinvolge pigmenti o coloranti tossici o richiede l'estrazione di risorse naturali. Esiste un percorso diverso per il colore che si trova in tutta la natura. Gli animali dalle farfalle ai pavoni hanno NANOSTRUTTURE che riflettono specifiche lunghezze d'onda della luce, causando i loro toni e sfumature brillanti. Questo è noto come colore strutturale.
La colorazione strutturale è la produzione di colore con superfici microscopicamente strutturate abbastanza sottili da interferire con la luce visibile, a volte in combinazione con i pigmenti.
Ad esempio, le penne della coda di pavone sono marroni pigmentate, ma la loro struttura microscopica le fa anche riflettere la luce blu, turchese e verde, e sono spesso iridescenti.
L'interesse per le farfalle Morpho deriva dalle intricate strutture proteiche su nanoscala che sono stratificate all'interno delle ali: le loro forme agiscono come prismi, riflettendo uno straordinario colore ceruleo. Gli scienziati dei materiali sperano di sfruttare alla fine le proprietà di queste strutture per realizzare prodotti come vernici e cosmetici, senza coloranti e pigmenti che possono essere dannosi per la salute umana e l'ambiente.
Piuttosto che assorbire e riflettere determinate lunghezze d'onda della luce come fanno i pigmenti e i coloranti, queste strutture multiscala fanno sì che la luce che colpisce la superficie dell'ala diffranga e interferisca. Le nervature trasversali che sporgono dai lati delle creste sulla scala delle ali diffrangono le onde luminose in arrivo, provocando la diffusione delle onde mentre viaggiano attraverso gli spazi tra le strutture. Le onde luminose diffratte quindi interferiscono tra loro in modo che determinate lunghezze d'onda di colore si annullino (interferenza distruttiva) mentre altre vengono intensificate e riflesse (interferenza costruttiva).
Questo modo di manipolare la luce si traduce in brillanti colori iridescenti, su cui le farfalle fanno affidamento per il camuffamento, la termoregolazione e la segnalazione.
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Le nanostrutture sono le principali responsabili della diffusione della luce nella farfalla Blue Morpho
La Cypris Materials crea coloranti basati sulla struttura utilizzando i cosiddetti copolimeri a blocchi autoassemblanti. Sono lunghe catene di molecole che in questo caso uniscono due diversi tipi di plastiche di uso comune, come poliacrilati o poliesteri. Quando formulati in una vernice o in un inchiostro e applicati su una superficie, questi copolimeri si dispongono in strutture stratificate ordinatamente che rifrangono la luce.
I copolimeri del Cypris Materials reagiscono in soluzione, la lunghezza della catena polimerica determina la lunghezza d'onda della luce riflessa. Catene corte di copolimeri rifrangono lunghezze d'onda della luce più corte: ultravioletti, blu e verdi. Catene più lunghe rifrangono lunghezze d'onda più lunghe nelle parti arancione, rossa e nel vicino infrarosso dello spettro.
E’ un materiale che si autoassembla in condizioni ambiente, come quando viene applicata la vernice.
L'azienda deve inoltre eseguire un'analisi completa dei suoi copolimeri e dei processi di produzione per confermare che i suoi coloranti sono effettivamente più sicuri e più rispettosi dell'ambiente rispetto ai coloranti e pigmenti tradizionali.
Possibili utilizzi sostenibili
I rivestimenti di Cypris Materials possono essere regolati per riflettere la luce del vicino infrarosso (700 nm - 1400 nm), offrendo l'opportunità di applicare rivestimenti riflettenti IR quasi incolori e trasparenti all'ambiente costruito. È stato dimostrato che questi rivestimenti migliorano l'efficienza energetica delle finestre, oltre a creare tegole riflettenti il calore che mantengono il loro aspetto estetico. Ciò può ridurre drasticamente i carichi di raffreddamento nei climi caldi, risparmiando energia e abbassando le bollette elettriche.
Produzione industriale
Ancora in fase preindustriale. Dal 2020 è iniziato il processo di scalabilità per poi accedere al mercato.
A Butterfly’s Brilliant Blue Wings Lead to Less Toxic Paint, Scietific American, 2020
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