لمعان دائم: تقنية جديدة لطلاء الأسطح ثلاثية الأبعاد
© Photo / /unsplash/Wavie
تابعنا عبر
طوّر باحثون في جامعة كوبي طلاءً خفيف الوزن يعتمد على "اللون البنيوي" (structural color)، حيث ينتج ألواناً زاهية ولامعة دون الحاجة إلى صبغات. وتتميز هذه التقنية بإمكانية استخدامها لطلاء أجسام كبيرة ثلاثية الأبعاد، وتوافقها مع طبقات الحماية، وتصميمها لمقاومة البهتان الذي تعاني منه العديد من الدهانات التقليدية.
تكتسب معظم الأسطح الملونة مظهرها من الصبغات، وهي مواد تمتص أطوالاً موجية معينة من الضوء وتعكس أخرى، غير أن هذه الصبغات قد تبهت بمرور الوقت، كما أن الحصول على لون قوي ومعتم (غير شفاف) يتطلب غالباً طبقات سميكة نسبياً من الطلاء، مما يزيد من الوزن.
ويعمل باحثون في جامعة كوبي باليابان على تطوير نهج مختلف تماماً؛ إذ ينتج طلاؤهم لوناً بنيوياً، أي أن اللون ينشأ عن هياكل فيزيائية دقيقة تتفاعل مع الضوء، وليس عن صبغات تقليدية، وتستخدم الطبيعة مبدأً مشابهاً لخلق بعض الألوان الزاهية التي نراها في ريش الطاووس.
جعل اللون البنيوي تقنية عملية
يتمتع اللون البنيوي بمزايا جذابة، منها مقاومة البهتان الضوئي الذي تتعرض له العديد من الصبغات العضوية. ومع ذلك، فإن تقنيات اللون البنيوي التقليدية تواجه قيوداً مهمة؛ إذ قد يتغير المظهر بتغير زاوية الرؤية، وغالباً ما تتطلب الهياكل المجهرية محاذاة دقيقة، كما أن إضافة طبقة حماية قد تؤثر سلباً على التأثير البصري.
وكان مهندس المواد هيروشي سوغيموتو وزملاؤه قد طوّروا سابقاً نظاماً مختلفاً يعتمد على كرات نانوية من السيليكون. وتستطيع هذه الجسيمات متناهية الصغر إنتاج لون بنيوي لا يتغير بشكل كبير عند تحرك الناظر حول الجسم.
ولاحقاً، كيّف الباحثون هذه التقنية لتلائم الطباعة بنفث الحبر، ما سهّل عملية التطبيق، لكن بقيت مشكلة رئيسية: فالأسطح الناتجة كانت تشتت الضوء بشكل عشوائي (تشتت منتشر)، وبالتالي افتقرت إلى المظهر اللامع المتوقع في الطلاءات عالية الجودة، مثل طلاء السيارات.
وقد وجد الفريق الآن طريقة للتغلب على هذه المشكلة.
تُغلَّف كل كرة نانوية من السيليكون داخل قشرة من السيليكا. ووفقاً للباحثين، تعمل هذه القشور على حماية الجسيمات، والمساعدة في التحكم في المسافة الفاصلة بينها، وتشجيعها على تنظيم نفسها في ترتيبات أكثر انتظاماً.
وهذا يقلل من التشتت الضوئي المنتشر غير المرغوب فيه، ويسمح للسطح باكتساب مظهر لامع يمكن التحكم في خصائصه.
لون لامع على أجسام معقدة ثلاثية الأبعاد
في دراسة نُشرت في دورية "Small Structures"، أثبت الباحثون أن الطلاء قادر على إنتاج لون بنيوي لامع على أسطح كبيرة ثلاثية الأبعاد. والأهم من ذلك، أنهم أظهروا إمكانية إضافة طبقة حماية علوية دون إحداث تغيير كبير في اللون.
يُعالج الجمع بين هذه الخصائص عقباتٍ عديدةً كانت تحدُّ سابقاً من استخدام الألوان الهيكلية بشكلٍ عملي؛ إذ تتيح هذه المقاربة الجديدة إنتاج ألوانٍ زاهيةٍ ولمعانٍ مميز، وتجنب التغيرات الكبيرة في اللون عند اختلاف زاوية الرؤية، فضلاً عن إمكانية تغطية الأشكال المعقدة وقبول وضع طبقة حماية ضمن النظام نفسه.
ومن المزايا اللافتة الأخرى خفة الوزن الشديدة؛ إذ يمكن الحصول على اللون ودرجة التعتيم (العتامة) باستخدام طبقة واحدة فقط من كرات السيليكون النانوية.
ويُقدِّر الباحثون أنه في حال تطبيق هذا الطلاء على طائرة كبيرة الحجم، فإن وزن طبقة الطلاء -التي قد تزن حالياً مئات الكيلوغرامات- يمكن أن ينخفض ليصبح مئات الغرامات فقط. وتُبرز هذه المقارنة مدى خفة وزن الطلاء الاستثنائية، رغم أن استخدامه على نطاق واسع في الطائرات لم يُختبر عملياً بعد.
أكثر من مجرد نوع جديد من الطلاء
قد توفر المواد المستخدمة بحد ذاتها مزايا عملية أيضاً؛ فالجسيمات النانوية تعتمد على السيليكون والسيليكا، وتُعد السيليكا واحدةً من أكثر المواد وفرةً في القشرة الأرضية. ونظراً لأن اللون الهيكلي لا يعتمد على أصباغ عضوية تتعرض للبهتان الضوئي تدريجياً، يعتقد الباحثون أن هذه الطلاءات قد تتطلب في نهاية المطاف موارد أقل طوال فترة استخدامها.
كما تتوافق هذه التقنية مع طرق الطلاء القابلة للتوسع الصناعي، بما في ذلك الرش والطلاء بطريقة "فتحة القالب"، مما يعزز إمكانية إنتاجها على نطاق تجاري؛ حيث يشارك "سوغيموتو" حالياً في تأسيس شركة تهدف إلى توسيع نطاق هذه التقنية لتلائم التطبيقات التجارية.
ولا يقتصر طموح الباحثين على مجرد توفير ألوانٍ لأغراض الزينة؛ إذ يتمثل هدفهم بعيد المدى في ابتكار طلاءات متعددة الوظائف تعتمد على جسيمات السيليكون النانوية، وتجمع بين اللون الهيكلي ووظائف بصرية إضافية، قد تشمل الاستشعار، والتحفيز الضوئي، وإدارة الطاقة.
وبذلك، تتجاوز أهمية هذا العمل مجرد جعل الأسطح الخالية من الأصباغ أكثر جاذبية؛ فمن خلال الجمع بين ثبات اللون، واللمعان، والحماية، وخفة الوزن الشديدة، والتوافق مع الأجسام ثلاثية الأبعاد المعقدة، تقرِّب هذه التقنية مفهوم اللون الهيكلي ليصبح طلاءً عملياً قابلاً للاستخدام الفعلي، بدلاً من كونه مجرد ظاهرة بصرية تقتصر على المختبرات.
المصدر: | بوابة روسيا العلمية |
