بالهای درخشان آبی پروانه منجر به ایجاد رنگ کمتر سمی می شود


رنگهای روشن آبی که در بال پروانه های مورفو وجود دارد مدتهاست که نه تنها پزشکان کبدی بلکه شیمی دانان را نیز مجذوب خود کرده است. علاقه اخیر از ساختارهای پیچیده پروتئینی در مقیاس نانو ناشی می شود که به صورت لایه لایه در بال ها قرار دارند: شکل آنها مانند منشور عمل می کند ، و بازتابنده یک رنگ شگفت انگیز حلقوی است. دانشمندان مواد امیدوارند که سرانجام از خواص این ساختارها برای تولید محصولاتی مانند رنگ و مواد آرایشی – بدون رنگ و رنگدانه که می توانند برای سلامتی انسان و محیط زیست مضر باشند استفاده کنند.

درک اینکه چگونه می توان این مفهوم “رنگ ساختاری” را در طیف وسیعی از محصولات به کار برد ، دشوار بود. اما اکنون شیمیدانان استارت آپ مستقر در برکلی ، کالیفرنیا به نام Cyprusis Materials ، می گویند که آنها به روشی برای انجام این کار نزدیک می شوند. آنها بدون استفاده از رنگها یا رنگدانه ها ، رنگهایی ایجاد کرده اند که می تواند در مناطق ماوراlet بنفش ، مرئی و نزدیک به مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی سایه ایجاد کند – و می تواند در موارد مختلف از جوهرهای خودرو گرفته تا جوهرهای چاپگر و جوهرها استفاده شود. ناخن “آنها در منطقه ای که به شدت به نوآوری نیاز دارد و به نظر می رسد جهشی از آزمایشگاه به دنیای واقعی داشته اند ، پیشرفت کرده اند. این بسیار چشمگیر است ، “گفت جان وارنر ، یک همکار برجسته تحقیقاتی در زیمرگن و پیشگام در شیمی سبز که در مواد سیپریس درگیر نبود.

از رنگدانه ها و رنگ های سنتی قرن ها برای افزودن رنگ به پارچه ها و رنگ ها و سایر کاربردهای روزمره استفاده می شده است. آنها سایه های مختلفی را از طریق جذب یا بازتاب نور ایجاد می کنند. به عنوان مثال رنگ قرمز موجود در پیراهن شامل اجزای مولکولی به نام کروموفورها است که طول موج های نور را در همه رنگ ها به جز قرمز جذب می کند – بنابراین آنچه که می بینیم قرمز است. اما برخی از مواد شیمیایی درگیر مانند رنگهای آزو حاوی مواد مربوط به سرطان و سایر اثرات مضر هستند. بسیاری از کشورها آنها را ممنوع کرده اند.

با این حال ، رنگ ساختاری از ساختارهای میکروسکوپی ناشی می شود که اشکال مختلف آنها نور را به روش های مختلف منعکس یا شکست می دهند. به عنوان مثال ، مقیاس های کوچک روی بالهای پروانه مورفو با برجستگی های مینیاتوری پوشیده شده اند که دنده های آنها را عبور داده اند – کمی شبیه نیمرخ درخت صنوبر. این سازه ها طول موج های خاص نور را شکست می دهند تا آبی درخشان بدست آورند. ساختارهای دیگر نیز اثرات مشابهی ایجاد می کنند: به عنوان مثال ، میکروفیبرهای سلولزی منظم انباشته شده باعث درخشش میوه های مرمر با رنگ براق و فلزی از رنگ آبی می شوند. دانشمندان هنوز در حال مطالعه جزئیات دقیق تر از روش هایی هستند که رنگ ساختاری در طبیعت خود را نشان می دهد. اما آنها قبلاً می دانند که ابعاد و حجم خصوصیات موجود در یک سازه و ماده اصلی آن چیزی است که اساساً نحوه دفع نور توسط آن ساختار – و رنگ آن را تعیین می کند.

نمونه ای از رنگ ساختاری بنفش مواد Cyprusis ، طیف مرئی را پوشش می دهد. اعتبار: رایان پیرسون

مواد کپریس با استفاده از کوپلیمرهای بلوک به اصطلاح خود-مونتاژ کننده ، رنگ های ساختاری ایجاد می کنند. آنها زنجیره های بلندی از مولکول ها هستند که در این حالت دو نوع پلاستیک متداول مانند پلی اکریلات یا پلی استر را به هم متصل می کنند. این کوپلیمرها وقتی با رنگ یا جوهر فرموله می شوند و روی سطح قرار می گیرند ، در ساختارهای لایه ای مرتب و منظمی قرار می گیرند که باعث شکست نور می شوند. برای آگاهی از چگونگی عملکرد ، کرم های رزینی را تصور کنید که نیمی از آنها زرد و نیمه سبز هستند و هر رنگ نشان دهنده یک پلاستیک متفاوت است. اگر کیسه بزرگی از این کرمها طوری مرتب شده باشد که قسمتهای زرد و سبز هر لاستیک فقط به همان نیمه های رنگی دیگر لاستیک ها لمس کند ، ساختار چند لایه ای ایجاد می کنند. کوپلیمرهای Cypris این کار را به خودی خود انجام می دهند وقتی در محلول قرار می گیرند ، طول زنجیره پلیمری تعیین کننده طول موج نور منعکس شده است. زنجیرهای کوتاه کوپلیمر طول موج های کوتاهتری از نور را می شکنند: ماوراio بنفش ، آبی و سبز. زنجیره های طولانی تر طول موج های طولانی تر را در قسمت های نارنجی ، قرمز و نزدیک مادون قرمز طیف می شکند.

کوپلیمرهای مونتاژ خود چیز جدیدی نیستند ، اما این شرکت می گوید که دو پیشرفت اساسی داشته است: مواد آن در شرایط محیطی روزمره ، مانند هنگام استفاده از رنگ ، خود مونتاژ می شوند و می توانند زنجیره های طولانی تری ایجاد کنند که طول های طولانی را منعکس می کند. موج نور رابرت گروبز ، استاد شیمی برنده جایزه نوبل در انستیتوی فناوری کالیفرنیا و یکی از بنیانگذاران این شرکت که در یک نقش مشاوره کار می کند ، می گوید: “فرصتی برای قرمزتر شدن آن – هیچ کس قادر به انجام آن نیست” با رنگ ساختاری. “آنها بسیار فراتر از آنچه فکر می کردم ممکن است پیش رفتند.”

https://www.youtube.com/watch؟v=7nkM3UI_QMA

رنگ دهنده های جدید به صورت پودر در دسترس هستند که طبق مواد Cypris می توانند در فرایندهای تولید نیز گنجانده شوند – به عنوان مثال برای رنگ آمیزی در تفنگ اسپری اتومبیل یا مخلوط در لاک ناخن. رنگ ها همچنین به عنوان چسب دهنده عمل می کنند ، مواد شیمیایی که برای خشک نگه داشتن رنگ روی سطح ، رنگدانه ها و رنگ ها را در محلول نگه می دارند. رایان پیرسون ، بنیانگذار و مدیر عامل شرکت گفت: “ما در حال ساده کردن رنگ هستیم.” به طور سنتی ، “مردم باید رنگدانه اضافه کنند. آنها همچنین باید مواد افزودنی اضافی را فقط برای تثبیت رنگ اضافه کنند. ما نه تنها نیاز به رنگدانه ها و رنگ ها را برطرف می کنیم بلکه برای تثبیت آن نیاز به همه چیز در اطراف آن را نیز برطرف می کنیم. “

سایر مواد شیمیایی که اغلب برای کمک به ایجاد ثبات در رنگدانه ها به رنگها اضافه می شوند ، شامل مواد سورفاکتانت است. باید دید که آیا رنگهای جدید این مواد شیمیایی را غیرضروری می کنند ، اما “اگر آنها قادر به جایگزینی سورفاکتانت ها یا فرمولاسیون بدون استفاده از آلکیل فنل ها باشند.” [chemicals widely used in paints to prevent separation]ترزا مک گراث ، محقق اصلی در Healthy Building Network ، یک سازمان غیرانتفاعی که استفاده از مواد پایدار و کمتر سمی را ترویج می کند و به مواد Cyprusis وابسته نیست ، گفت: “این از نظر ما مطمئناً پیشرفت مثبتی خواهد بود.”

روش جدید در تضاد با سایر کاربردهای ساختاری رنگ است ، مانند مواردی که برای ایجاد فیلم هایی که می توانند روی پنجره ها استفاده شوند ، برای بهبود عایق و صرفه جویی در انرژی استفاده می شود. این روش شامل ایجاد و ترکیب لایه های زیادی از فیلم برای دستیابی به ساختاری است که نور مادون قرمز را منعکس می کند. اما این فیلم ها فقط در برخی از سطوح قابل استفاده هستند و باعث می شود فناوری جدید رنگ ساختاری انعطاف پذیرتر شود.

رنگهای نوپا هنوز موانعی برای غلبه بر و محدودیتهای احتمالی دارند. به عنوان مثال ، آنها ممکن است نتوانند از نظر قیمت با برخی از رنگدانه ها مانند دی اکسید تیتانیوم رقابت کنند. این شرکت هنوز برای تأیید تجزیه و تحلیل کاملی از کوپلیمرها و فرآیندهای تولید خود انجام نداده است که رنگهای آن نسبت به رنگهای سنتی و رنگدانه ها ایمن تر و سازگار با محیط زیست هستند. وارنر گفت: “این کار عالی نخواهد بود.” اما “دشمن عالی عالی است. علم با این مراحل رو به جلو کار می کند. “


منبع: khabar-nab.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*