Ny forskning från Binghamton University, State University of New York kan leda till mer miljövänliga färger och beläggningar.

I romersk mytologi, guden Janus hade två ansikten så att han kunde se klart in i både det förflutna och framtiden.

Janus-partiklar har en liknande dubbel natur, eftersom de är konstruerade för att ha två ytor var och en med distinkta fysikaliska egenskaper. En kombination för en Janus-partikel är att ha ena sidan hydrofil (attraherad av vatten) och den andra hydrofob (vattenavvisande).

Tills nyligen, Janus-partiklar kunde inte produceras i stora mängder, och deras kommersiella tillämpningar var oklara. En Binghamton medförfattad studie, ledd av forskare vid Iowa State University, visar att nanopartiklarna kan vara nyckeln till mer miljövänliga färger och beläggningar.

Xin Yong – en biträdande professor vid avdelningen för maskinteknik vid Binghamton Universitys Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science – slog sig ihop med Shan Jiang från Iowa State (en biträdande professor vid universitetets avdelning för materialvetenskap och teknik) och Chunhui Xiang (en biträdande professor vid dess Department of Apparel, Events and Hospitality Management) för en studie publicerad som omslagsartikel i augustiupplagan av tidskriften Material horisonter .

"Tidigare studier är starkt fokuserade på strukturer som bildas av dessa partiklar i mycket liten skala, eftersom de har unika ytegenskaper, " Sa Yong. "I den här studien, vi försöker använda dessa partiklar för att förbättra prestanda hos färger och beläggning, som ingen någonsin har tänkt på."

Fundera en minut på att måla en vägg i ditt hus eller lägenhet. För att göra det ordentligt, det finns några generella metoder. Du kan göra ett primerlager och sedan ett färglager, vilket kan ta dubbelt så lång tid. Du kan blanda färger med lösningsmedel, men lösningsmedel är en hälsorisk och ångor kan vara ett problem i dåligt ventilerade utrymmen. Eller så kan du använda vattenbaserade färger som latex eller akryllatex, men många av dem innehåller fortfarande lösningsmedel och är kanske inte lika hållbara.

Tillverkare av elektronik, möbler och många andra produkter står inför samma alternativ för de produkter de gör, och de måste välja vad som är vettigt för varje enskilt föremål som görs.

För uppsatsen "Självskiktning av amfifila partiklar vid beläggningsytor, "Forskargruppen blandade hydrofila/hydrofoba Janus-partiklar med kommersiella färger, målade sedan ytor för att se hur partiklarna skulle reagera.

Resultatet:Den hydrofila sidan orienterade sig mot ytan och hjälpte beläggningarna att fästa bättre, medan den hydrofoba sidan var vänd mot ytan och gjorde den vattenavvisande. Forskarna fann också att partiklarna diffunderade och ordnade sig i självstratifierande lager snabbare och på sätt som inte helt följde deras hypoteser.

"För närvarande kan ingen teori användas för att förklara Janus-partiklars självstratifieringsbeteende, " sade Jiang. "Men, fler studier är motiverade för att undersöka den detaljerade mekanismen [av partiklarna]. Jag hoppas genom att helt förstå principerna i Janus partikelsjälvstratifiering, vi kommer att kunna designa nästa generations "smarta" beläggningsmaterial som är mer miljövänliga med bättre egenskaper."

Teamet tror att Janus-partiklar kan visa sig vara fördelaktiga i många andra applikationer, inklusive kosmetika, 3-D-utskrift och läkemedelsformuleringar.