Nhà nghiên cứu Debashis Chanda của Đại học Central Florida đồng thời là giáo sư tại Trung tâm Công nghệ Khoa học Nano của UCF, đã lấy cảm hứng từ những con bướm để phát minh ra chất tạo màu thân thiện với môi trường đầu tiên dựa trên sắc tố. 

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

"Màu cấu trúc đóng vai trò là cơ chế tạo màu chính ở một số loài cực kỳ sống động, trong đó sự sắp xếp hình học của hai vật liệu không màu điển hình tạo ra tất cả các màu. Mặt khác, với sắc tố nhân tạo, cần có các phân tử mới cho mọi màu hiện có”, ông chia sẻ thêm.

Dựa trên những nguồn cảm hứng sinh học, nhóm nghiên cứu của Chanda đã cải tiến một loại sơn plasmonic, sử dụng sự sắp xếp cấu trúc ở cấp độ nano của các vật liệu không màu như nhôm và oxit nhôm thay vì các sắc tố để tạo ra màu sắc.

Trong khi các chất tạo màu sắc tố kiểm soát sự hấp thụ ánh sáng dựa trên đặc tính điện tử của vật liệu sắc tố do đó mỗi màu cần một phân tử mới, thì các chất tạo màu cấu trúc kiểm soát cách ánh sáng được phản xạ, tán xạ hoặc hấp thụ hoàn toàn dựa trên sự sắp xếp hình học của các cấu trúc nano. Những màu cấu trúc như vậy thân thiện với môi trường vì chúng chỉ sử dụng kim loại và oxit, không giống như các màu dựa trên sắc tố hiện tại sử dụng các phân tử tổng hợp nhân tạo.

Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các vảy màu cấu trúc của họ với chất kết dính để tạo thành các loại sơn bền màu với đủ màu sắc. Chanda cho biết thêm: “Màu bình thường nhạt dần vì sắc tố mất khả năng hấp thụ photon. Ở đây, chúng tôi không bị giới hạn bởi hiện tượng đó. Một khi chúng tôi sơn thứ gì đó bằng màu cấu trúc, nó sẽ tồn tại hàng thế kỷ”.

Ngoài ra, do sơn plasmonic phản chiếu toàn bộ quang phổ hồng ngoại nên sơn hấp thụ ít nhiệt hơn, dẫn đến bề mặt bên dưới mát hơn từ -3,9 đến -1,1 độ C so với khi được phủ bằng sơn tiêu chuẩn.

Chanda cũng chia sẻ về ưu điểm của sơn plasmonic: “Hơn 10% tổng điện năng ở Hoa Kỳ dành cho việc sử dụng máy điều hòa không khí. Sơn plasmonic chênh lệch nhiệt độ hứa hẹn sẽ giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể. Sử dụng ít điện hơn để làm mát đồng thời cũng sẽ cắt giảm lượng khí thải carbon dioxide, làm giảm sự nóng lên toàn cầu. Hơn nữa sơn plasmonic cũng cực kỳ nhẹ”.

Sơn plasmonic có khối lượng nhẹ là do tỷ lệ diện tích trên độ dày lớn của sơn, với đầy đủ màu sắc đạt được ở độ dày sơn chỉ 150 nanomet, khiến nó trở thành loại sơn nhẹ nhất trên thế giới. Loại sơn này nhẹ đến mức chỉ khoảng hơn 1.3kg sơn plasmonic có thể phủ lên một chiếc Boeing 747, loại sơn thông thường cần tới hơn 450kg.

Chanda cho biết sở thích đối với màu sắc cấu trúc bắt nguồn từ sự sống động của những con bướm: "Khi còn bé, tôi luôn muốn chế tạo một con bướm. Màu sắc thu hút sự quan tâm của tôi”.

Nhóm nghiên cứu cho biết, các bước tiếp theo của dự án bao gồm việc khám phá thêm các khía cạnh tiết kiệm năng lượng của sơn để cải thiện khả năng tồn tại của nó dưới dạng sơn thương mại.

“Sơn bột màu thông thường được sản xuất tại các cơ sở lớn, nơi họ có thể sản xuất hàng trăm gallon sơn. Tại thời điểm này, trừ khi chúng tôi trải qua quá trình mở rộng quy mô, nó vẫn rất tốn kém để sản xuất tại phòng thí nghiệm hàn lâm”, Chanda nhấn mạnh

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng mong muốn mang đến những sự khác biệt như không độc hại, hiệu quả làm mát, trọng lượng siêu nhẹ, mà các loại sơn thông thường khác không thể làm được.

Mỹ Linh