Các khối cầu nano trong huyền phù methanol có màu sắc khác với khi quét lên một bề mặt dưới dạng lớp đơn. Ảnh: Fujii Minoru
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Kobe tạo ra loại mực màu cấu trúc (structural color) mới, chỉ dày 100 - 200 nanomet và siêu nhẹ, New Atlas hôm 30/1 đưa tin. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí ACS Applied Nano Materials.
Các loại sơn và chất màu thông thường hấp thụ một số bước sóng ánh sáng nhất định và phản chiếu những bước sóng khác, nhưng có xu hướng xuống cấp ở cấp độ phân tử, dẫn đến phai màu. Trong khi đó, màu cấu trúc phản chiếu toàn bộ phổ ánh sáng từ những cấu trúc nano song song, thiết lập khoảng cách thích hợp để loại bỏ một số bước sóng nhất định. Đây là hiệu ứng mang lại cho cánh bướm và lông công những màu sắc óng ánh, lộng lẫy. Vì ánh sáng không bị hấp thụ mà chỉ phản xạ từ các cấu trúc nên màu không bị phai. Tuy nhiên, hiệu ứng này thường phụ thuộc nhiều vào góc nhìn, dẫn đến đặc tính óng ánh rất đẹp nhưng hơi bất thường với đa số chất tạo màu công nghiệp.
Trong nghiên cứu mới, các chuyên gia phát triển phương pháp mới để tạo ra màu cấu trúc. Thay vì sử dụng cấu trúc nano song song, họ dùng khối cầu silicon tinh thể tí hon. Thông qua hiện tượng cộng hưởng Mie, những khối cầu cỡ nano này phản xạ một số bước sóng mạnh hơn nhiều so với các bước sóng khác, các bước sóng cũng thay đổi theo kích thước hạt. Nói cách khác, thay đổi kích thước hạt khiến màu sắc vật liệu thay đổi. Không có hiệu ứng óng ánh vì khối cầu phản xạ ánh sáng theo mọi hướng.
Đáng chú ý, màu sắc mạnh nhất khi các khối cầu nano có khoảng trống xung quanh thay vì bị nén chặt. "Một lớp hạt nano silicon phân bố thưa thớt với độ dày 100 - 200 nanomet mang đến màu sắc tươi sáng và nặng chưa đến 0,5 gram một m2. Điều này biến các hạt nano silicon của chúng tôi thành một trong những lớp phủ màu nhẹ nhất thế giới", kỹ sư vật liệu Sugimoto Hiroshi tại Đại học Kobe cho biết.
Hàng không là một trong những lĩnh vực cần sơn siêu nhẹ. Máy bay chở khách mang khoảng 272 - 544 kg sơn. "Nếu sử dụng loại mực khối cầu nano, chúng tôi có thể giảm trọng lượng xuống dưới 10% so với mức đó", Sugimoto nói. Giảm trọng lượng sẽ giúp máy bay tiết kiệm nhiên liệu. Bên cạnh đó, vì không phai như sơn truyền thống nên loại mực màu cấu trúc mới cũng giúp tiết kiệm chi phí phun sơn.
Thu Thảo (Theo New Atlas)