[논문] 구조용 컬러 잉크: 인쇄 가능하고 무지개 빛깔이 아니며 가볍습니다.

색상을 생성하는 새로운 방법은 작고 거의 완벽하게 둥근 실리콘 결정 주위에 특정 파장의 빛을 산란시키는 것입니다. 이번 고베 대학 개발은 보는 각도에 의존하지 않고 인쇄할 수 있는 퇴색되지 않는 구조적 색상을 가능하게 합니다. 이 소재는 환경적, 생물학적 영향이 적고 매우 얇게 도포할 수 있어 기존 페인트에 비해 무게가 크게 향상될 것으로 예상됩니다.

특정 파장의 빛이 반사되면 물체에 색이 나타납니다. 기존 안료의 경우 분자가 백색광에서 다른 색상을 흡수하여 이러한 현상이 발생하지만 시간이 지남에 따라 이러한 상호 작용으로 인해 분자가 저하되고 색상이 희미해집니다.

반면, 구조적 색상은 일반적으로 특정 파장의 빛만 살아남고 다른 파장은 상쇄되어 우리가 보는 색상만 반사하도록 적절한 거리에 떨어져 있는 평행한 나노구조에서 빛이 반사될 때 발생합니다.

이러한 현상은 나비의 날개나 공작의 깃털에서 볼 수 있으며 색상이 저하되지 않는다는 장점이 있습니다. 그러나 산업적 관점에서 볼 때 가지런히 배열된 나노구조체는 쉽게 칠하거나 인쇄할 수 없으며 색상은 색상에 따라 달라집니다. 시야각재료를 무지개빛으로 만듭니다.

고베 대학의 재료 엔지니어 Fujii Minoru와 Sugimoto Hiroshi는 색상 생성에 대한 완전히 새로운 접근 방식을 개발해 왔습니다.

그들은 “2020년 이후 이전 연구에서 우리가 최초로 정밀한 입도 제어를 달성하고 개발을 진행했다”고 설명했다. 콜로이드 현탁액 구형 및 결정질 실리콘 나노입자. 이 단일 실리콘 나노입자는 '미 공명' 현상에 의해 밝은 색상의 빛을 산란시켜 구조용 컬러 잉크를 개발할 수 있습니다.”

미에 공명을 사용하면 빛의 파장과 비슷한 크기의 구형 입자가 특정 파장을 특히 강하게 반사합니다. 즉, 현탁액에서 주로 나타나는 색상은 입자 크기를 변경하여 간단히 제어할 수 있습니다.

그들의 작업에서 출판됨 일지에서 ACS 응용나노소재Fujii와 Sugimoto는 현탁액이 표면에 적용될 수 있으며 따라서 보는 각도에 의존하지 않는 구조적 색상의 형태로 기본 재료를 코팅할 수 있음을 보여줍니다.

이는 “전통적”과 같이 인접한 구조물에서 반사되는 빛의 상호 작용에 의해 색상이 생성되지 않기 때문입니다. 구조적 색상, 그러나 개별 나노구체 주변의 매우 효율적인 산란에 의해 발생합니다. Sugimoto는 또 다른 장점을 다음과 같이 설명합니다. “두께가 100~200nm에 불과한 희박하게 분포된 실리콘 나노입자의 단일 층은 밝은 색상을 나타내지만 무게는 평방 미터당 0.5g 미만입니다. 이로 인해 우리의 실리콘 나노구는 업계에서 가장 밝은 색상 코팅 중 하나가 됩니다. 세계.”

고베 대학 팀은 계산 시뮬레이션을 사용하여 입자 크기와 입자 사이의 거리를 변화시키는 등 다양한 상황에서 잉크의 특성을 탐색한 다음 실험적으로 결과를 확인했습니다. 그들은 직관과는 달리 개별 입자가 단단히 채워져 있을 때보다 분리되었을 때 반사율이 가장 높다는 것을 발견했습니다.

저자는 “나노구체에 의한 표면의 작은 적용 범위에도 불구하고 이러한 높은 반사율은 매우 큰 산란 효율에 ​​기인합니다. 매우 적은 양의 요구 사항이 필요합니다. 실리콘 결정 착색용은 착색안료로서의 적용에 유리하다.”

추가 개발과 개선을 통해 기술의 흥미로운 적용을 기대하고 있습니다. 스기모토 씨는 “예를 들어 비행기 코팅에 적용할 수 있습니다. 비행기에 사용되는 안료와 코팅의 무게는 수백 킬로그램에 달합니다. 나노스피어 기반 잉크를 사용하면 그 무게를 10% 미만으로 줄여라.”