Lapisan Nano Baru: Teknologi Warna Struktural yang Lebih Ringan & Ramah Lingkungan

Ilmuwan di Amerika Serikat telah menemukan jenis lapisan nano baru yang dapat dibuat menjadi pelapis yang sangat ringan dengan hanya menggunakan sedikit sekali material, hanya 0,4 gram per meter persegi, memecahkan rekor.

Tim dari University of Central Florida baru-baru ini menerbitkan sebuah artikel di jurnal Amerika Science Advances, menyatakan bahwa cat tradisional pesawat Boeing 747, sekitar 500 kilogram, dapat digantikan oleh cat dengan berat hanya 1,3 kilogram. Metode produksinya cukup sederhana dan dapat diterapkan pada berbagai permukaan. Lapisan nano ini menggunakan teknologi pembentukan warna yang disebut "warna struktural", yang memanfaatkan sifat fisik dan optik dari mikrostruktur material untuk menghasilkan warna tanpa penggunaan pigmen.

Fenomena warna struktural secara alami ada dalam banyak bentuk, termasuk sayap kupu-kupu dan bulu merak. Semua sistem pelapis yang digunakan dalam berbagai tahap komersialisasi bergantung pada pigmen dan menghasilkan efek warna dengan menyerap panjang gelombang cahaya tertentu oleh molekul pigmen. Lapisan warna nanostruktur seharusnya lebih stabil daripada lapisan pigmen, tidak pernah pudar, dan menyebabkan lebih sedikit polusi. Metode yang ada untuk membuat lapisan ini selalu mahal dan tidak efisien, dan tidak cocok untuk produksi skala besar. Di University of Central Florida, para peneliti menggunakan lapisan cermin aluminium sebagai substrat, melapisinya dengan aluminium oksida, dan kemudian menyimpan nanopartikel aluminium pada substrat menggunakan teknik yang umum digunakan dalam industri semikonduktor untuk membentuk kepulauan terpisah "pulau nano".

Struktur sandwich yang terdiri dari lapisan partikel "pulau nano" ini, lapisan aluminium oksida, dan cermin aluminium memiliki beberapa sifat optik unik. Jarak antara setiap "pulau nano" dan ketebalan lapisan aluminium oksida menentukan panjang gelombang cahaya yang dapat diresonansi oleh struktur tersebut dan warna apa yang dihasilkannya. Kecepatan deposisi yang berbeda mengubah warna material warna tersebut. Selama proses persiapan, seluruh struktur menempel pada lapisan tebal film polimer yang larut dalam air. Setelah selesai, polimer tersebut dilepas untuk membentuk material warna nanostruktur yang terfragmentasi. Para peneliti mencampur bahan ini dengan minyak biji rami untuk mengembangkan pelapis yang mungkin cocok untuk berbagai permukaan.

Hasilnya menunjukkan bahwa lapisan dengan ketebalan 100 hingga 150 nanometer dapat menghasilkan efek warna penuh, sementara lapisan tradisional memerlukan ketebalan beberapa mikron (1 mikron = 1000 nanometer) untuk menghasilkan efek warna penuh. Selain itu, karena beberapa karakteristik bawaan dari fenomena warna struktural, material semacam itu sering kali memiliki efek pelangi, yaitu warna yang terlihat dari sudut berbeda akan berbeda, yang membuatnya tidak dapat diterima dalam banyak aplikasi pelapisan. Material baru ini mengatasi kekurangan ini hingga batas tertentu dan oleh karena itu memiliki prospek aplikasi yang lebih lanjut.