Dziesięć lat temu zapisał się w historii, odkrywając przypadkiem pierwszy od ponad dwóch wieków nowy niebieski pigment nieorganiczny. Teraz Mas Subramanian, chemik z Oregon State University, ma na koncie kolejne ważne osiągnięcie. Odkrył nowe, wytrzymałe niebieskie pigmenty oparte na hibonicie – minerale, z którego zbudowane są meteoryty.
Fot. Tomas_Sobek / Foter.com / CC_BY
Prof. Subramanian odkrył nowy niebieski pigment w 2009 roku. Otrzymał go, badając wraz ze studentami właściwości związków, które mogą mieć zastosowanie w elektronice. Był to pierwszy odkryty w laboratorium kolor od początku XIX wieku, kiedy Louis Jacques Thénard otrzymał błękit kobaltowy! Obecnie naukowiec z Oregon State University powraca z kolejnym przełomowym odkryciem.
Intensywny błękit bez rakotwórczych jonów
Wbrew pozorom nie mamy wcale do dyspozycji zbyt wielu związków nieorganicznych, które pozwoliłyby nam uzyskać niebieską farbę. Wiele z nich jest szkodliwych dla środowiska lub niewystarczająco wytrzymałych. Nowe pigmenty są więc bardzo mile widziane, ale niezwykle trudne do otrzymania. Jak wyjaśnia sam prof. Subramanian:
Większość pigmentów jest odkrywana przez przypadek. Jest tak, ponieważ o kolorze materiału decyduje nie tylko skład chemiczny, ale również skomplikowane ułożenie atomów w strukturze krystalicznej. Najpierw więc ktoś musi dany materiał otrzymać, a dopiero później może zbadać strukturę krystaliczną, by móc wyjaśnić, jak powstał kolor.
Powszechnie stosowanym niebieskim pigmentem jest odkryty przez Thénarda błękit kobaltowy, ponieważ wyróżnia się intensywnym kolorem oraz stosunkowo łatwo go otrzymać. Niestety jednak jego produkcja wymaga dużej ilości jonów kobaltowych, które są szkodliwe dla równo dla naszego zdrowia, jak i dla środowiska.
Analizując strukturę krystaliczną pigmentów opartych na hibonicie – minerale występującym na meteorytach – Subramanian odnalazł sposób, jak uzyskać równie intensywny niebieski kolor bez konieczności wykorzystania rakotwórczych jonów kobaltowych.
Niezwykle wytrzymała struktura krystaliczna
Oparte na hibonicie pigmenty są bardziej stabilne termicznie ze względu na wysoką temperaturę ich otrzymywania, a także nie ulegają uszkodzeniom nawet pod wpływem silnych kwasów i zasad. Jak wyjaśnia prof. Subramanian:
W naturze hibonit występuje tylko na meteorytach, które przechodząc przez ziemską atmosferę rozgrzewają się do tysięcy stopni Celsjusza. Nic więc dziwnego, że jego struktura jest tak wytrzymała. Prawdopodobnie podobne struktury mineralne są naszą przyszłością w projektowaniu wytrzymałych i bezpiecznych pigmentów nieorganicznych.
Porównanie struktury krystalicznej odkrytego dziesięć lat temu pigmentu YInMn oraz pigmentów na bazie hibonitu. Fot. arch. Oregon State University
Sam hibonit nie jest potrzebny do produkcji pigmentów – badacze odkryli, że tlenek związek zawierający wapń, glin, tytan wraz z kobaltem i niklem może uzyskać strukturę krystaliczną podobną do tej hibonitu, w efekcie czego otrzymujemy serię odcieni niebieskiego. W dodatku odcień nowego pigmentu może być dostosowany poprzez sterowanie zawartością jonów kobaltu, niklu i tytanu.
Badania naukowe jak podróż – rozglądaj się po drodze!
Prof. Subramanian zapewnia, że produkcja nowych pigmentów pochłania stosunkowo niewiele energii, a same pigmenty odbijają promieniowanie podczerwone w większym stopniu niż błękit kobaltowy, w swoim składzie mają bowiem tytan oraz mniejszą zawartość kobaltu. Naukowiec podsumowuje swoje kolejne odkrycie słowami:
Badania naukowe są trochę jak podróż. Wyruszasz, by zobaczyć jakieś konkretne miejsce, które ostatecznie okazuje się zupełnie nieciekawe. Za to przypadkowe znalezisko na drodze może się okazać bardziej interesujące niż cokolwiek innego.
Źródło: Oregon State University
