傳統的油漆是由黏合劑（如油）和重金屬（如鈷、赭石和鎘）製成的顏料，它們分別構成藍色、紅色和黃色。我們用顏料為人工世界著色，但在自然界中，蝴蝶和甲蟲等生物不用顏料就能顯示出充滿活力的調色板。

以孔雀的羽毛為例。孔雀羽毛中的亞顯微脊線和輪廓會使光線發生衍射，從而產生我們所看到的彩虹色和綠色。這種自然色彩被稱為結構性色彩。

中佛羅里達大學的科學家們已經開發出一種”獨一無二”的塗料，模仿我們在自然界看到的結構性色彩。研究報告《超輕質子結構顏色塗料》的共同作者Debashis Chanda和他的團隊無意中發現了這一發現。

最初的目標是使用電子束蒸發器製作一個長的連續鋁鏡。然而，在無數次失敗的嘗試之後，他們注意到鋁結成一團，形成微觀的”納米島”。這種結塊使鏡子無法形成鏡子所需的高反射率表面。

放大10倍的孔雀羽毛的絲狀物。圖片來源：Waldo Neil

然而，他注意到，當環境光照射到納米顆粒時，鋁的電子變得激動起來，導致它們振盪。此外，電子與不同波長的光發生共振，這取決於納米粒子的大小。白光打在不平坦的表面上，在最後反射成單一顏色之前，在其脊背上反彈。

Chanda說：”只要改變納米粒子的尺寸，你實際上就可以創造出所有的顏色。”

因此，該團隊開始努力創造各種顏色的塗料，在雙面鏡中生長鋁納米片，然後專門將它們”溶解”成糖粉一樣的灰塵。然後，他們將各種顏色的材料與粘合劑混合，製成塗料。由於其結構性質，只需要一個非常薄的塗層就可以給一個表面著色。他說，一滴葡萄乾大小的塗料就能塗滿一扇門的兩面。這一特性使其成為超輕產品，這對航空業可能有極大幫助。

一架波音747需要大約1000磅的油漆。Chanda估計，用他的團隊的結構性顏色塗抹一架噴氣機，只需要不到三磅，可以節省超過997磅的重量。這對於一個重量僅在100萬磅以南的飛機來說，可能看起來並不重要。然而，僅僅節省一點重量，就可以轉化為大量的燃料節省。

國際航空貿易協會的發言人說：”鑑於燃料已經是最大的一筆運營費用[去年約佔30%]，航空公司總是對提高燃料效率感興趣。”

例如，美國航空公司估計，通過從其飛機上刪除僅67磅的飛行員手冊，它每年就節省了40萬加侖的燃料和120萬美元，通過改用較輕的油漆，從其737飛機上減去62磅，在2021年又節省了30萬加侖。

這種油漆的另一個優勢是它的耐久性。由於太陽的氧化作用，航空公司每年最多重新給飛機噴漆四次。結構性顏色在陽光下不會褪色，這意味著只有當想改變顏色時才需要重新噴漆。

油漆的最後一個特性使它有助於保持涼爽的環境。大多數飛機是白色的，以盡可能多地反射光線。吸收的紅外輻射會被截留，使內部更加溫暖。

自然界有各種方法來增加顏色。結構散射是昌達的油漆所使用的機制。在蝴蝶翅膀（和孔雀羽毛）中發現的片狀納米結構散射入射光的藍色成分，產生其特有的金屬藍色。

初步測試表明，該團隊的著色劑比傳統油漆保持20-30華氏度的表面溫度，無論顏色如何。它是噴塗飛機、汽車、房屋和其他建築物的理想選擇。如果它能將室內溫度降低哪怕15度，就能節省大量用於空調的能源。

研究人員現在面臨的唯一問題是可擴展性。他們擁有製造小瓶的設備，但必須生產更多的小瓶才能真正實現商業化。該實驗室正在尋求商業夥伴，以幫助將該塗料推向市場。