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Aug 05, 2023

Wissenschaftler schaffen ein Öko

Von Ava Norgrove Ein Forscherteam in Florida hat möglicherweise gerade

Von

Ava Norgrove

Ein Forscherteam in Florida hat möglicherweise gerade die coolste Farbe aller Zeiten geschaffen, im wahrsten Sinne des Wortes.

Debashis Chanda, ein Nanowissenschaftsforscher an der University of Central Florida,und sein Team haben eine Möglichkeit geschaffen, die Fähigkeit der Natur nachzuahmen, Licht zu reflektieren und wunderschöne, lebendige Farben zu erzeugen, ohne Wärme zu absorbieren, wie dies bei herkömmlichen Pigmenten der Fall ist.

Chandas in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichte Forschung erklärt und erforscht strukturelle Farben und wie Menschen sie nutzen könnten, um in einer sich schnell erwärmenden Welt kühler zu leben.

Strukturfarben entstehen nicht durch herkömmliche Pigmentierung, sondern durch die Anordnung farbloser Materialien, um Licht auf bestimmte Weise zu reflektieren. Durch diesen Prozess entstehen Regenbögen, nachdem es geregnet hat, und wie Sonnenfänger das Licht beugen, um schillernde Farbspiele zu erzeugen.

Denken Sie an die schönste Farbe, die Sie je gesehen haben – Ihre Lieblingsfarbe. Kräftiges Waldgrün, Weinrot oder vielleicht Königsblau. Was auch immer das perfekte Pigment für Sie ist, es färbt wahrscheinlich Ihre Wände, Ihre Fingernägel, vielleicht sogar Ihr Auto oder Fahrrad.

Wir suchen nach Farbe, und das schon seit Jahrhunderten. Einige Farben sind jedoch schwieriger nachzubilden als andere. Das Grün der Pfauenfedern und das Blau der Schmetterlingsflügel lassen sich kaum künstlich nachbilden. Das liegt daran, dass dieseDie in der Natur vorkommenden lebendigen Farben werden nicht durch Pigmente erreicht – sie sind alle in der Struktur enthalten.

Was bedeutet das?

Denken Sie daran, wie diese Kirschen Ihren Mund verfärbten, nachdem Sie sie gegessen hatten, oder als Ihre Jeans grün gefärbt waren, weil Sie zu lange im nassen Gras gesessen hatten. Dabei handelt es sich um Pigmente – zermahlene natürliche Materialien wie Blumen, Kräuter, Früchte oder sogar Käfer, die verwendet werden können, um etwas Farbe zu verleihen. Oder in diesem Fall Flecken.

Um diese Farben zu erzeugen, werden synthetische Materialien wie Schwermetalle verwendet, um lebendige Farben zu erzeugen.

„Wir verwenden viele künstlich synthetisierte organische Moleküle, viel Metall“, sagte Chanda gegenüber NPR. „Denken Sie an Ihr tiefes Blau, Sie brauchen Kobalt, ein tiefes Rot braucht Cadmium. Sie sind giftig. Wir verschmutzen unsere Natur und unseren gesamten Lebensraum, indem wir diese Art von Farbe verwenden. Eine unserer Hauptmotivationen war also, eine Farbe zu kreieren.“ basierend auf ungiftigem Material.

Warum können wir also nicht einfach zermahlene Pfauenfedern verwenden, um die lebendigen Grün-, Blau- und Goldtöne nachzubilden? Das liegt daran, dass sie kein Pigment haben. Einige der leuchtendsten Farben in der Natur sind überhaupt nicht pigmentiert, Pfauenfedern eingeschlossen.

Diese leuchtenden, schönen Farben werden durch die Lichtbeugung und -reflexion erreicht. Die Art und Weise, wie die Struktur eines Flügels, einer Feder oder eines anderen Materials Licht zum Betrachter zurückreflektiert. Es absorbiert kein Licht, sondern strahlt es in Form einer sichtbaren Farbe wieder ab, und hier wird es interessant.

Chandas Forschung begann hier mit seiner Faszination für natürliche Farben und wie sie in der Natur entstehen.

Abgesehen von den schönen Farbkombinationen, die Strukturen erzeugen können, stellte Chanda auch fest, dass Strukturfarben im Gegensatz zu Pigmenten kein Infrarotlicht absorbieren.

Infrarotlicht ist der Grund dafür, dass schwarze Autos an sonnigen Tagen heiß werden und Asphalt sich im Sommer heiß anfühlt. Infrarotlicht wird als Wärmeenergie von diesen Oberflächen absorbiert – je dunkler die Farbe, desto mehr kann die damit gefärbte Oberfläche absorbieren. Aus diesem Grund wird den Menschen in heißeren Klimazonen empfohlen, hellere Farben zu tragen, und viele Gebäude sind in hellen Weiß- und Beigetönen gestrichen.

Chanda stellte fest, dass Strukturfarben keine Wärme absorbieren. Es reflektiert das gesamte Infrarotlicht wieder nach außen. Das bedeutet, dass diese Farbe in einem sich schnell erwärmenden Klima den Gemeinden helfen könnte, kühl zu bleiben.

Chanda und sein Team testeten den Einfluss dieser Farbe auf die Temperatur von mit Strukturfarbe bedeckten Gebäuden im Vergleich zu handelsüblichen Farben und stellten fest, dass Strukturfarbe die Oberflächen um 20 bis 30 Grad kühler hielt.

Laut Chanda handelt es sich dabei um ein gewaltiges neues Instrument, mit dem die durch die globale Erwärmung verursachten steigenden Temperaturen bekämpft und uns gleichzeitig eine helle und farbenfrohe Welt ermöglicht werden könnte.

Im Gegensatz zu weißen und schwarzen Autos hängt die Fähigkeit von Strukturlacken, Wärme zu reflektieren, nicht davon ab, wie dunkel die Farbe ist. Blaue, schwarze oder violette Strukturfarben reflektieren genauso viel Wärme wie helle Weiß- oder Beigetöne. Dies öffnet die Tür für farbenfrohere, coolere Architektur und Design, ohne dass Sie sich um die Hitze sorgen müssen.

„Es ist nicht nur sauberer“, sagte Chanda. Strukturfarbe wiegt viel weniger als pigmentierte Farbe und verblasst nicht mit der Zeit wie herkömmliche Pigmente.

„Eine Rosine Strukturfarbe reicht aus, um die Vorder- und Rückseite einer Tür zu bedecken“, sagte er.

Im Gegensatz zu Pigmenten, die auf Pigmentschichten angewiesen sind, um Farbtiefe zu erzielen, benötigt Strukturfarbe nur eine dünne Partikelschicht, um eine Oberfläche vollständig mit Farbe zu bedecken. Dies bedeutet, dass Strukturlacke ein Segen für Luft- und Raumfahrtingenieure sein könnten, die auf ein möglichst geringes Gewicht angewiesen sind, um eine höhere Kraftstoffeffizienz zu erreichen.

Als Beispiel für die Studie seines Teams nutzt Chanda eine Boeing 747. Um diese Flächen abzudecken, werden etwa 500 Kilogramm Farbe benötigt. Chanda schätzt, dass die Hersteller das Flugzeug mit Strukturlack mit nur 1,7 Kilogramm beschichten könnten.

Die Möglichkeiten für Strukturfarben sind endlos und Chanda hofft, dass Dosen mit Strukturfarben bald in Baumärkten erhältlich sein werden.

Eine Hauptmotivation für Chanda bei der Arbeit an diesem Projekt war die Suche nach einer natürlicheren Art, mit der Natur zu leben.

„Die Natur ist diesen Weg bereits gegangen, um diese Harmonie in unserer Umgebung zu schaffen, die tatsächlich über Jahrhunderte hinweg überleben und aufrechterhalten werden kann“, sagte er. „Wir brauchen Farbe. Wir wollen bunt sein, aber unser Farbproduktionsmechanismus wird nicht wirklich von der Natur unterstützt, er ist nicht von der Natur inspiriert.“

Chanda hofft, dass diese Farbe die Zukunft für eine gesündere, kühlere Umwelt sein könnte.