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Aug 03, 2023

Investigador de la UCF crea la primera energía del mundo

El investigador de la Universidad de Florida Central Debashis Chanda, profesor de la UCF

El investigador de la Universidad de Florida Central Debashis Chanda, profesor en el Centro de Tecnología de Nanociencia de la UCF, se inspiró en las mariposas para crear la primera alternativa ecológica, a gran escala y multicolor a los colorantes a base de pigmentos, que puede contribuir a los esfuerzos de ahorro de energía y ayuda reducir el calentamiento global.

El desarrollo se publicó hoy en Science Advances como un artículo destacado.

"La gama de colores y matices en el mundo natural es asombrosa, desde coloridas flores, pájaros y mariposas hasta criaturas submarinas como peces y cefalópodos", dice Chanda. "El color estructural sirve como mecanismo primario de generación de color en varias especies extremadamente vívidas donde la disposición geométrica de dos materiales típicamente incoloros produce todos los colores. Por otro lado, con el pigmento artificial, se necesitan nuevas moléculas para cada color presente".

Basado en tales bioinspiraciones, el grupo de investigación de Chanda innovó una pintura plasmónica, que utiliza una disposición estructural a nanoescala de materiales incoloros (aluminio y óxido de aluminio) en lugar de pigmentos para crear colores.

Mientras que los colorantes de pigmentos controlan la absorción de luz en función de la propiedad electrónica del material de pigmento y, por lo tanto, cada color necesita una nueva molécula, los colorantes estructurales controlan la forma en que la luz se refleja, dispersa o absorbe basándose únicamente en la disposición geométrica de las nanoestructuras.

Dichos colores estructurales son amigables con el medio ambiente ya que solo usan metales y óxidos, a diferencia de los colores actuales basados ​​en pigmentos que usan moléculas sintetizadas artificialmente.

Los investigadores han combinado sus copos de colores estructurales con un aglutinante comercial para formar pinturas duraderas de todos los colores.

"El color normal se desvanece porque el pigmento pierde su capacidad de absorber fotones", dice Chanda. "Aquí, no estamos limitados por ese fenómeno. Una vez que pintamos algo con color estructural, debería permanecer durante siglos".

Además, debido a que la pintura plasmónica refleja todo el espectro infrarrojo, la pintura absorbe menos calor, lo que hace que la superficie inferior se mantenga entre 25 y 30 grados Fahrenheit más fría que si estuviera cubierta con pintura comercial estándar, dice el investigador.

"Más del 10% de la electricidad total en los EE. UU. se destina al uso de acondicionadores de aire", dice Chanda. "La diferencia de temperatura que promete la pintura plasmónica conduciría a un importante ahorro de energía. Usar menos electricidad para enfriar también reduciría las emisiones de dióxido de carbono, disminuyendo el calentamiento global".

La pintura plasmónica también es extremadamente ligera, dice el investigador.

Esto se debe a la gran relación área-grosor de la pintura, con una coloración completa lograda con un grosor de pintura de solo 150 nanómetros, lo que la convierte en la pintura más liviana del mundo, dice Chanda.

La pintura es tan liviana que solo alrededor de 3 libras de pintura plasmónica podrían cubrir un Boeing 747, que normalmente requiere más de 1,000 libras de pintura convencional, dice.

Chanda dice que su interés en el color estructural surge de la vitalidad de las mariposas.

"Cuando era niño, siempre quise construir una mariposa", dice. "El color atrae mi interés".

Investigación futura

Chanda dice que los próximos pasos del proyecto incluyen una mayor exploración de los aspectos de ahorro de energía de la pintura para mejorar su viabilidad como pintura comercial.

“La pintura de pigmento convencional se fabrica en grandes instalaciones donde se pueden producir cientos de galones de pintura”, dice. "En este momento, a menos que pasemos por el proceso de ampliación, todavía es costoso producirlo en un laboratorio académico".

"Necesitamos traer algo diferente como la no toxicidad, el efecto refrescante, el peso ultraligero, a la mesa que otras pinturas convencionales no pueden". Chanda dice.

Oportunidad de licencia

Para obtener más información acerca de la licencia de esta tecnología, visite la hoja de tecnología Pigmento de pintura inorgánica para colores plasmónicos vivos.

Credenciales del Investigador

Chanda tiene citas conjuntas en el Centro de Tecnología de Nanociencia de la UCF, el Departamento de Física y la Facultad de Óptica y Fotónica. Recibió su doctorado en fotónica de la Universidad de Toronto y trabajó como becario postdoctoral en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Se unió a UCF en el otoño de 2012.

Título del estudio: Pintura de color estructural plasmónica ultraligera