Przez stulecia artyści i twórcy poszukiwali świętego Graala koloru: żywego, długotrwałego czerwonego pigmentu, który jest zarówno olśniewający, jak i długotrwały. Pomimo postępu w chemii ten nieuchwytny odcień pozostaje nieuchwytny i stanowi potencjalny stan dla każdego, kto potrafi go zsyntetyzować. Światowy rynek pigmentów nieorganicznych jest już wart ponad 28 miliardów dolarów rocznie, a zapotrzebowanie na przełom w kolorze czerwonym jest ogromne.
Historyczna walka o żywe odcienie czerwieni
Pierwsze czerwienie uzyskano ze skał zawierających tlenki żelaza, tworząc ziemiste odcienie, które przetrwały przez tysiąclecia, o czym świadczą malowidła jaskiniowe we Francji sprzed 20 000 lat. Jednak historycznie rzecz biorąc, naprawdę efektowne czerwone kolory były zależne od metali toksycznych, takich jak kadm i rtęć. Ponieważ stosowanie tych materiałów jest coraz bardziej ograniczone ze względów bezpieczeństwa, znalezienie zamienników okazało się znacznie trudniejszym zadaniem, niż oczekiwano. Pigmenty organiczne mogą tworzyć żywe czerwienie, ale ich kruchość chemiczna oznacza, że szybko blakną – kultowa czerwień Ferrari wymaga kosztownej powłoki UV, aby zapobiec blaknięciu kolorów.
Losowe odkrycie błękitu YInMn
Chemik Mas Subramanian natknął się na rewolucyjny niebieski pigment w 2008 roku podczas badań materiałów komputerowych na Uniwersytecie Stanowym w Oregonie. Odkrycie błękitu YInMn – połączenia itru, indu i manganu – było przypadkowe i było wynikiem niekonwencjonalnych eksperymentów, a nie celowego projektu. W jego pierwotnej propozycji finansowania nawet nie wspomniał o odkryciu pigmentu; był to szczęśliwy produkt uboczny badań w zakresie materiałoznawstwa.
Pigment szybko zyskał uznanie dzięki swojej stabilności i wyjątkowej barwie, znajdując zastosowanie w farbach, budowniczych powłokach chłodzących, a nawet do celów artystycznych. Jednak rzadkie pierwiastki wymagane do jego syntezy sprawiają, że masowa produkcja jest kosztowna.
Nauka o kolorach: złamana symetria i struktura atomowa
Prace Subramaniana przesunęły jego uwagę na złożoność koloru na poziomie atomowym. Odkrył, że kolor zależy od interakcji światła z elektronami w materiałach. Materiał wydaje się czerwony, ponieważ odbija światło czerwone, pochłaniając inne, ale najjaśniejsze pigmenty odbijają tylko pożądany kolor bez utraty widma. Zależy to od sposobu ułożenia atomów, przy czym wysoce symetryczne struktury często tłumią przejścia elektroniczne potrzebne do uzyskania żywych odcieni.
Aby uzyskać żywe kolory, Subramanian zaczął stosować asymetrię, celowo łamiąc symetrię, aby umożliwić elektronom przeskakiwanie między poziomami energii w sposób, który normalnie byłby zabroniony przez fizykę kwantową. Eksperymentował z chromem w nietypowych strukturach, inspirowany próbkami skał księżycowych zawierających rzadkie formacje Cr2+, które wykazują odcienie czerwono-purpurowe.
Przyszłość czerwieni: wyścig z chemią
Pomimo postępu, nadal nie istnieje prawdziwy, stabilny i dostępny kolor czerwony. Wyzwanie polega na stworzeniu asymetrii w pigmentach przy jednoczesnym zapewnieniu trwałości na wilgoć, światło słoneczne i produkcję na dużą skalę. Subramanian stale udoskonala swoje podejście, łącząc niekonwencjonalne układy atomów z materiałami półprzewodnikowymi, aby przesuwać granice chemii kolorów.
Poszukiwanie idealnej czerwieni to nie tylko zajęcie naukowe, ale także wyścig o potencjalną wygraną wartą miliard dolarów. Podejście chemika pozostaje aktualne, ale szczęście i zbieg okoliczności mogą nadal odgrywać rolę w odblokowaniu ostatecznego przełomu.
