Questa è la vernice più leggera al mondo

Max G. Levy

Debashis Chanda ha avuto difficoltà a trovare un fisico che sapesse dipingere. I ricercatori del suo laboratorio di nanoscienze presso l’Università della Florida Centrale avevano già risolto i problemi dei macchinari di fascia alta necessari per creare un nuovo tipo rivoluzionario di vernice rinfrescante. Avevano riempito le fiale con colori vividi. Ma quando è arrivato il momento di metterlo in mostra, si sono scontrati con un muro. "Riuscivamo a malapena a disegnare una farfalla a mano, che è una specie di disegno per bambini", dice Chanda.

Lo hanno fatto comunque. La forma e il design in quattro colori sembrano semplici, ma la semplicità è ingannevole. Se ingrandisci in profondità, fino a dimensioni invisibili, questa vernice non assomiglia quasi per niente alla vernice che conosci.

Il colore ci circonda in natura e noi lo ricreiamo con i pigmenti. Puoi pensare ai pigmenti come minerali polverizzati, metalli pesanti o sostanze chimiche che versiamo nell'olio e spargiamo su una tela o su un'auto: il cobalto diventa blu; rosso ocra; giallo cadmio. "Ma la natura ha un modo molto diverso di creare il colore rispetto a noi", afferma Chanda. Alcuni dei look più vivaci della natura, quelli indossati da pavoni, scarafaggi e farfalle, fanno il loro lavoro senza pigmento.

Quei colori provengono dalla topografia. I paesaggi submicroscopici sulle superfici esterne delle piume di pavone, dei gusci degli scarafaggi e delle ali delle farfalle diffondono la luce per produrre quello che è noto come colore strutturale. È più duraturo e privo di pigmenti. E per gli scienziati, è la chiave per creare vernici che non solo sono migliori per il pianeta, ma potrebbero anche aiutarci a vivere in un mondo più caldo.

In un articolo pubblicato questo mese su Science Advances, il laboratorio di Chanda ha dimostrato una vernice unica nel suo genere basata sul colore strutturale. Pensano che sia la vernice più leggera al mondo, e lo intendono sia in termini di peso che di temperatura. La vernice è costituita da minuscole scaglie di alluminio punteggiate da nanoparticelle di alluminio ancora più piccole. Un chicco di quella roba potrebbe coprire sia la parte anteriore che quella posteriore di una porta. È abbastanza leggero da ridurre potenzialmente il consumo di carburante negli aerei e nelle auto che ne sono rivestite. Non intrappola il calore della luce solare come fanno i pigmenti e i suoi componenti sono meno tossici delle vernici realizzate con metalli pesanti come cadmio e cobalto.

Andy Greenberg

Ngofeen Mputubwele

Giuliano Chokkattu

Matt Simone

Dayna Baumeister, codirettrice del Biomimicry Center dell'Arizona State University, non è sorpresa dal fatto che la vernice abbia così tante funzioni nascoste. "È una fantastica dimostrazione di ciò che è possibile quando ripensiamo i nostri progetti chiedendo consiglio alla natura", afferma.

Nonostante tutte le sue imperfezioni, la vernice è difficile da battere. Le persone usano i pigmenti da millenni, quindi i trucchi per ottenere l'aspetto giusto sono stati padroneggiati dai produttori di vernici. “Sanno esattamente quale additivo aggiungere per cambiare la lucentezza; possono renderlo più luminoso o attenuato: tutto questo lo hanno capito nel corso di centinaia di anni”, dice Chanda.

Le nuove forme di pittura devono andare oltre, nel regno della fisica, non solo dell’estetica. Tuttavia, i membri del laboratorio di Chanda si sono imbattuti nella loro innovazione per caso. Non avevano deciso di fare la vernice. Volevano realizzare uno specchio, in particolare uno specchio lungo e continuo in alluminio, costruito utilizzando uno strumento chiamato evaporatore a fascio di elettroni. Ma in ogni tentativo, avrebbero notato piccole “nanoisole”, grumi di atomi di alluminio abbastanza piccoli da essere invisibili ma abbastanza grandi da disturbare la lucentezza dello specchio. Le nanoisole apparivano su tutta la superficie di quello che ora, in modo frustrante, non era più uno specchio continuo. "Era davvero fastidioso", ricorda Chanda.

Poi è arrivata un’illuminazione: quell’interruzione stava facendo qualcosa di utile. Quando la luce bianca ambientale colpisce le nanoparticelle di alluminio, gli elettroni nel metallo possono eccitarsi: oscillano o risuonano. Ma quando le dimensioni raggiungono la nanoscala, gli atomi diventano ancora più esigenti. A seconda delle dimensioni della nanoparticella di alluminio, i suoi elettroni oscilleranno solo per determinate lunghezze d'onda della luce. Questo riflette la luce ambientale come una frazione di quello che era: un singolo colore. Stratificare particelle di alluminio su una superficie riflettente, come quello specchio che stavano cercando di costruire, aveva amplificato l'effetto colorato.