Investigadores de la Universidad de Kobe han creado una nueva "tinta de color estructural" que tiene sólo entre 100 y 200 nanómetros de espesor y muestra colores vivos desde un amplio ángulo de visión sin decolorarse, mientras pesa menos de medio gramo por metro cuadrado (0,002 onzas por pie cuadrado). Las pinturas y pigmentos comunes absorben ciertas longitudes de onda de luz y reflejan otras, pero esto a menudo los degrada a nivel molecular, provocando su decoloración.
Los colores estructurales, por otro lado, reflejan todo el espectro de luz de nanoestructuras paralelas espaciadas justo para cancelar ciertas longitudes de onda de luz. Es este efecto el que da a las alas de mariposa y a las plumas de pavo real su hermoso y brillante color. Dado que la luz no se absorbe, solo se refleja en la estructura, el color no se desvanece, pero el efecto a menudo depende mucho del ángulo de visión, lo que da como resultado un deslumbrante arco iris de colores que son muy hermosos en la naturaleza pero un poco poco ortodoxos para la mayoría de los colores industriales.
El equipo de Kobe investigó una nueva forma de crear color estructural. En lugar de utilizar nanoestructuras paralelas, su método utiliza pequeñas esferas de silicio cristalino. A través de un fenómeno llamado "resonancia de Mie", estas esferas a nanoescala reflejan ciertas longitudes de onda con mucha más fuerza que otras, y estas longitudes de onda varían a medida que cambia el tamaño de las partículas.
En otras palabras, cambiar el tamaño de estas partículas cambia el color del material. Como la esfera refleja la luz en todas direcciones, no se produce el efecto arcoíris. Los investigadores han demostrado que estas tintas se pueden imprimir. Vale la pena señalar que el color es más intenso cuando las nanoesferas tienen un poco de espacio a su alrededor, en lugar de estar muy juntas, por lo que menos es más.
"Una capa de nanopartículas de silicio escasamente distribuidas, de sólo 100 a 200 nanómetros de espesor, puede mostrar colores vivos pero pesa menos de medio gramo por metro cuadrado. Esto hace que nuestras nanoesferas de silicio sean una de las más ligeras del mundo", dijo en un comunicado de prensa el ingeniero de materiales de Kobe, Hiroshi Sugimoto.
La industria de la aviación es una de las áreas que más necesita recubrimientos ultraligeros. Según SimpleFlying, el peso de la pintura que transportan los aviones de pasajeros oscila entre 272 y 544 kilogramos (600 a 1200 libras), y cualquier cosa que transporte el avión afectará directamente la eficiencia del combustible.
"Si utilizamos tinta basada en nanoesferas, podremos reducir el peso a menos del 10 por ciento", dijo Sugimoto.
Entonces, dondequiera que vaya el avión, quema un poco menos de combustible, más o menos lo mismo que consumiría con cinco o seis pasajeros varones adultos menos.
Además, la pintura común se desvanece fácilmente, lo que requiere volver a pintar hasta 455 litros (120 galones) de pintura, lo que cuesta 200.000 dólares. Estas nuevas tintas de colores estructurales no destiñen por completo, por lo que, si bien cuestan más al principio, se pueden usar indefinidamente, lo que resulta en ahorros de costos durante la vida útil de la aeronave.
Los aviones comerciales a menudo se pueden utilizar durante décadas, y una vez que estas tintas de color estructurales ultrafinas puedan ponerse en producción, habrá buenas perspectivas comerciales.
La investigación fue publicada en la revista ACS Applied Nanomaterials y el siguiente vídeo muestra las tintas.