Pesquisadores da Universidade de Kobe criaram uma nova “tinta de cor estrutural” que tem apenas 100-200 nanômetros de espessura e exibe cores vivas de um amplo ângulo de visão sem desbotamento, pesando menos de meio grama por metro quadrado (0,002 onças por pé quadrado). Tintas e pigmentos comuns absorvem certos comprimentos de onda de luz e refletem outros, mas isso geralmente os degrada em nível molecular, causando desbotamento.

Tintas coloridas estruturais ultraleves: imprimíveis, sem arco-íris e resistentes ao desbotamento

As cores estruturais, por outro lado, refletem todo o espectro de luz de nanoestruturas paralelas espaçadas para cancelar certos comprimentos de onda de luz. É esse efeito que dá às asas das borboletas e às penas do pavão sua cor linda e brilhante. Como a luz não é absorvida, apenas refletida na estrutura, a cor não desbota, mas o efeito muitas vezes depende muito do ângulo de visão, resultando em um arco-íris deslumbrante de cores que são muito bonitas por natureza, mas um pouco pouco ortodoxas para a maioria das cores industriais.

As nanoesferas na suspensão de metanol têm uma cor diferente das nanoesferas na superfície da monocamada. Foto/Fujii Minoru

A equipe de Kobe pesquisou uma nova maneira de criar cores estruturais. Em vez de usar nanoestruturas paralelas, o método usa minúsculas esferas de silício cristalino. Através de um fenômeno chamado “ressonância de Mie”, essas esferas em nanoescala refletem certos comprimentos de onda com muito mais força do que outros, e esses comprimentos de onda variam conforme o tamanho das partículas muda.

Em outras palavras, alterar o tamanho dessas partículas altera a cor do material. Como a esfera reflete a luz em todas as direções, não há efeito arco-íris. Os pesquisadores demonstraram que essas tintas podem ser impressas. Vale a pena notar que a cor é mais forte quando as nanoesferas têm um pouco de espaço ao seu redor, em vez de estarem compactadas, então menos é mais.

"Uma camada de nanopartículas de silício esparsamente distribuídas com apenas 100-200 nanômetros de espessura pode exibir cores vivas, mas pesa menos de meio grama por metro quadrado. Isso torna nossas nanoesferas de silício uma das mais leves do mundo", disse o engenheiro de materiais de Kobe, Hiroshi Sugimoto, em um comunicado à imprensa.

Micrografias eletrônicas de varredura de uma única camada de nanoesferas mostram partículas quase perfeitamente redondas com tamanho uniforme.

A indústria da aviação é uma das áreas que mais necessita de revestimentos ultraleves. De acordo com SimpleFlying, o peso da tinta transportada por aeronaves de passageiros varia de 272 a 544 kg (600 a 1.200 libras), e qualquer coisa transportada pela aeronave afetará diretamente a eficiência de combustível.

“Se usarmos tinta baseada em nanoesferas, poderemos reduzir o peso para menos de 10%”, disse Sugimoto.

Portanto, onde quer que o avião vá, ele queima um pouco menos de combustível – quase o mesmo que consumiria com menos cinco ou seis passageiros adultos do sexo masculino.

Além disso, a tinta comum desbota facilmente, exigindo até 455 litros (120 galões) de tinta para serem repintados, custando US$ 200.000. Essas novas tintas coloridas estruturais são completamente resistentes à cor, portanto, embora tenham um custo inicial mais alto, podem ser usadas indefinidamente, resultando em economia de custos ao longo da vida útil da aeronave.

Muitas vezes, aeronaves comerciais podem ser usadas por décadas e, uma vez que essas tintas coloridas estruturais ultrafinas possam ser colocadas em produção, haverá boas perspectivas comerciais.

A pesquisa foi publicada na revista ACS Applied Nanomaterials, e o vídeo abaixo demonstra as tintas.