Lấy cảm hứng từ cánh bướm, sơn Plasmonic không được làm từ bột màu mà cấu trúc màu sơn được tạo ra bằng cách sắp xếp các hạt nano. Dựa trên tính toán của nhóm nghiên cứu, người mua cần ít nhất 454 kg sơn thương mại thông thường để sơn một chiếc máy bay Boeing 747, tuy nhiên họ chỉ cần dùng 1,4 kg đối với sơn Plasmonic. Đồng nghĩa với việc loạisơn mới có thể làm giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính cần thiết cho chuyến bay. 

Tuy nhiên, loại sơn này mới chỉ được tạo ra trong phòng thí nghiệm, vì việc sản xuất quy mô lớn vẫn là điều khá xa vời. Song, bằng cách sử dụng các phương pháp dễ dàng mở rộng quy mô, các nhà nghiên cứu đã tạo ra loại sơn có nhiều màu sắc khác nhau và đang tiếp tục phát triển chúng.

Một trong những động lực lớn để đưa loại sơn này ra thị trường là khả năng làm mát. Cấu trúc sơn Plasmonic phản chiếu toàn bộ quang phổ hồng ngoại khiến cho nhiệt độ hấp thụ giảm đi. Các nhà nghiên cứu nói rằng bề mặt bên dưới lớp sơn mới này có nhiệt độ thấp hơn từ 13 đến 16 độ C so với các loại sơn thông thường được bán trên thị trường.

Nhà khoa học nano Debashis Chanda, người đứng đầu nhóm phát minh ra sơn Plasmonic cho biết: “Hơn 10% tổng lượng điện ở Mỹ được sử dụng cho điều hòa. Sự chênh lệch nhiệt độ của sơn Plasmonic hứa hẹn sẽ tiết kiệm năng lượng đáng kể. Việc sử dụng ít điện năng để mát cũng sẽ giảm khí thải carbon dioxide, giảm thiểu hiện tượng nóng lên toàn cầu”.

Hiện tại, các loại sơn sẽ yêu cầu các phân tử cụ thể để tạo màu và chúng thường được tổng hợp nhân tạo trong các loại sơn hiện đại. Các đặc tính điện tử của mỗi phân tử kiểm soát lượng ánh sáng được hấp thụ điều khiển mức độ hấp thụ ánh sáng và khiến màu sắc của sơn xuất hiện. Điều đó có nghĩa là cần phải có một sắc tố mới cho mỗi màu sơn mới. 

Song, sơn Plasmonic sử dụng các hạt nano của hai vật liệu không màu: nhôm và oxit nhôm. Bằng cách sắp xếp chúng theo các cách khác nhau trên một tấm gương nhôm phủ oxit, ta có thể kiểm soát cách ánh sáng được phân tán, phản xạ hoặc hấp thụ.

Màu sắc phong phú của cánh bướm cũng được tạo ra bởi một quy trình tương tự.

Ông Chanda chia sẻ: “Phạm vi màu sắc và sắc độ trong thế giới tự nhiên thật đáng kinh ngạc – từ những bông hoa, chim và bướm đầy sắc màu cho đến những sinh vật dưới nước như cá và động vật thân mềm”.

Theo ông, ở nhiều loài có màu sắc rực rỡ, màu cấu trúc là cơ chế tạo màu chính, trong đó, sự sắp xếp hình học của hai thành phần không màu điển hình tạo ra tất cả các màu. Mặt khác, với chất sắc tố (do con người tạo ra), cần có các phân tử mới cho mỗi màu hiện có.

Màu cấu trúc là yếu tố làm cho sơn rất nhẹ. Ở độ dày chỉ 150 nanomet, sơn đạt được đầy đủ màu sắc, khiến nó trở thành loại sơn nhẹ nhất thế giới.

Trong nghiên cứu này, nhóm đã tạo ra loại sơn cấu trúc bằng cách sử dụng thiết bị bay hơi chùm tia điện tử với khả năng làm nóng một chất với tốc độ kiểm soát cao.

Sự bay hơi có kiểm soát này cho phép các chùm nhỏ gồm các hạt nano nhôm tự lắp ráp. Các nguyên tử nhôm tập hợp lại với nhau một cách tự nhiên vì chúng có sức hút lẫn nhau mạnh hơn so với chất mô Oxit mà chúng được hình thành nên. Bằng cách điều chỉnh áp suất và nhiệt độ của thiết bị bay hơi chùm tia điện tử, nhóm nghiên cứu có thể tạo ra các cấu trúc phản chiếu các màu sắc khác nhau.

Nhóm cũng viết trong bài nghiên cứu: “Điều quan trọng là quá trình kiểm soát áp suất và nhiệt độ này đảm bảo khả năng tái sử dụng cao trên diện rộng chỉ với một bước duy nhất, giảm chi phí sản xuất và cho phép sản xuất trên quy mô lớn”.

Các nhà nghiên cứu cũng kết hợp những mảnh màu sắc cấu trúc của họ với một chất kết dính thương mại, khiến loại sơn này có thể tồn tại trong hàng trăm năm, ít nhất là về mặt lý thuyết.

Chanda cho biết: “Màu sắc thông thường mờ dần do sắc tố mất khả năng hấp thụ photon. Tuy nhiên, chúng tôi không bị giới hạn bởi hiện tượng đó. Một khi chúng tôi sơn một thứ gì đó với màu sắc cấu trúc, nó sẽ trường tồn hàng thế kỷ".

Đây không phải là loại sơn đầu tiên hứa hẹn một số đặc tính phi thường. Nhiều người trong số chúng ta đã nghe về Vantablack – một trong những loại sơn đen nhất thế giới, có khả năng hấp thụ 99,96% ánh sáng. Tương tự như sơn Plasmonic, độ siêu đen này là kết quả của các ống nano carbon nhỏ và các loại sơn thậm chí có màu đen đậm hơn được tạo ra dựa trên cùng một phương pháp đó.

Ngoài ra còn có lớp sơn siêu trắng, phản chiếu 98,1% tổng lượng ánh sáng và hứa hẹn sẽ giảm đáng kể nhu cầu điều hòa không khí. Nhưng khác với sơn Plasmonic, loại sơn siêu trắng này phụ thuộc vào sắc tố để phản xạ ánh sáng, và sơn Vantablack hiện chỉ có một màu.

Tuy nhiên, đó là cả một chặng đường dài trước khi mọi người có thể tùy chỉnh màu sơn Plasmonic của riêng mình và chỉ sử dụng một chiếc hộp nhỏ để sơn toàn bộ ngôi nhà.

Chanda nói rằng trừ khi mở rộng quy mô, sơn Plasmonic được sản xuất trong phòng thí nghiệm hàn lâm vẫn là một lựa chọn tốn kém so với các loại sơn màu thông thường được sản xuất hàng loạt.