Wetenschappers hebben een nieuwe soort verf gemaakt met een erg laag gewicht. Dat is bijvoorbeeld voor vliegtuigen heel interessant.

Een vliegtuig bevat voor honderden kilogrammen aan verf. Dat kost extra brandstof tijdens het vliegen, maar de coating is nodig als bescherming en ook voor logo’s en reclame. Een uitvinding van Kobe University zou het gewicht van die verf weleens flink omlaag kunnen brengen. De nieuwe coating werkt namelijk via silicumkristalletjes en daar is veel minder van nodig, schrijven de onderzoekers in ACS Applied Nano Materials.

Lees ook:

• Deze kameleonverf verandert van kleur en bespaart daardoor veel energie
• Slechts 1,4 kilo van deze verf dekt een Boeing 747
• Witste verf reflecteert bijna al het licht

Nanostruccturen

Klassieke verfsoorten en coatings bevatten moleculen die bepaalde golflengtes van licht absorberen. De golflengte die overblijft, wordt weerkaatst en die vormt uiteindelijk de kleur die wij zien als we naar het geverfde object kijken. Helaas vervallen de moleculen na verloop van tijd, waardoor de kleur vervaagt.

Een kleurstof die werkt volgens structuurkleuring heeft dit nadeel niet. Het bevat piepkleine nanostructuren, die parallel geordend op een bepaalde afstand van elkaar zijn gezet. Die afstand bepaalt welke golflengtes worden teruggekaatst en welke niet. Onder andere vlinders en sommige vogels maken gebruiken van dit principe voor hun vleugels en veren.

Maar wetenschappers en de industrie slagen er nog niet goed in om op deze manier op grote schaal kleuren te maken. Dat komt doordat de plaatsing van de nanostructuren erg nauw werkt. Bovendien verschilt de kleur van het gecoate voorwerp dat je ziet als je er vanuit een andere hoek naar kijkt. Dit noem je ook wel irisering.

Vanuit alle hoeken

De nieuwe ontwikkelde verf heeft al deze nadelen niet, denken Fujii Minoru en Sugimoto Hiroshi. Het duo kwam in 2020 al met een manier om de grootte van silicium-kristallen te kunnen bepalen. Deze nanobolletjes weerkaatsen alleen één specifieke golflengte van licht. En de diameter bleek te bepalen welke kleur dat dan is (hoe groter, hoe meer richting het rood).

Nu hebben de onderzoekers een heel scala aan kleuren gemaakt met de nanokristallen. Omdat ze nagenoeg perfect rond zijn, weerkaatsen de kristallen het licht in alle hoeken. Dit effect heet ook wel Mie-resonantie. Het voordeel is dat de stof niet van kleur verandert als je er vanuit een andere hoek naar kijkt (zie ook de foto boven dit artikel).

Scheelt brandstof

Minoru en Hiroshi hebben een laagje van het goedje aangebracht op dunne plaatjes. Zo’n laagje is slechts 100 tot 200 nanometer dik. Bovendien bleek uit tests dat de kleuren het beste waren wanneer de bolletjes goed gescheiden van elkaar waren, en niet strak verpakt. Dat betekent dat er ook nog eens relatief weinig bolletjes nodig zijn om een oppervlak van kleur te voorzien.

Dit alles bij elkaar zorgt ervoor dat het hier om een van de lichtste verfsoorten ter wereld gaat. Het is daarmee ook milieuvriendelijker dan klassieke coatings; er is dan namelijk minder afval. Bovendien is het gewicht van de verf minder dan 10 procent van de van nu gebruikte vliegtuigcoating. Dat zal ongetwijfeld aan brandstof schelen.

Maar of de nieuwe verf ook betaalbaar is, zal pas is in de toekomst blijken.

Bronnen: ACS Applied Nano Materials, Kobe University via EurekAlert!

Beeld: FUJII Minoru

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!