Un ricercatore di chimica dell'Oregon State University, che ha fatto la storia un decennio fa con la scoperta accidentale del primo nuovo pigmento inorganico blu in più di due secoli, sta di nuovo spingendo in avanti la scienza del colore.

Analizzando la struttura cristallina dei pigmenti a base di hibonite, un minerale trovato nei meteoriti, Mas Subramanian dell'OSU College of Science ha aperto la strada alla progettazione di più pigmenti stabili, durevole e non tossico con tonalità vivaci.

I risultati dello studio, sostenuto dalla National Science Foundation, sono stati pubblicati sulla rivista dell'American Chemical Society, ACS Omega .

Subramanian e il suo team hanno scoperto il blu YInMn nel 2009 quando stavano sperimentando nuovi materiali che potevano essere utilizzati nelle applicazioni elettroniche.

"Siamo stati fortunati la prima volta con YInMn blue, e ora abbiamo escogitato alcuni principi di progettazione, " ha detto Subramaniano.

Attraverso gran parte della storia umana documentata, le persone di tutto il mondo hanno cercato composti inorganici che potessero essere usati per dipingere le cose di blu, spesso con scarso successo. La maggior parte aveva problemi ambientali o di durabilità.

"La maggior parte dei pigmenti si scopre per caso, " Subramanian ha detto. "Il motivo è perché l'origine del colore di un materiale dipende non solo dalla composizione chimica, ma anche sull'intricata disposizione degli atomi nella struttura cristallina. Quindi qualcuno deve prima fare il materiale, quindi studia a fondo la sua struttura cristallina per spiegare il colore."

Prima di YInMn blu, l'ultima scoperta del blu è stata il blu a base di ossido di alluminio cobalto, sintetizzato da un chimico francese nel 1802. Il blu cobalto rimane un pigmento commerciale dominante a causa della sua intensità di colore, facilità di sintesi e ampia applicabilità.

La sua produzione, però, richiede una quantità significativa di ione cobalto, Co ²⁺ , è pericoloso sia per l'uomo che per l'ambiente.

Analizzando la struttura dei pigmenti blu a base di hibonite, Subramanian ha sviluppato un modo per eguagliare o superare la vividezza del blu cobalto usando molto meno dello ione cobalto cancerogeno dannoso, o sostituirlo del tutto.

I pigmenti a base di hibonite sono termicamente più stabili del blu cobalto a causa della loro temperatura di preparazione più elevata e rimangono inalterati strutturalmente e otticamente dopo l'esposizione ad acidi e alcali forti.

I ricercatori riferiscono che un ossido contenente calcio, alluminio, il titanio insieme al cobalto o al nichel può cristallizzare in una struttura simile all'hibonite che consente una serie di colori blu.

Rispetto al tradizionale blu cobalto, il nuovo blu può essere "sintonizzato" regolando quanto cobalto (Co ²⁺ ), nichel (Ni ²⁺ ) e titanio (Ti ⁴⁺ ) sono collocati nei tre possibili ambienti "cromofori" della struttura dell'hibonite; quelle sono le parti di una molecola che determinano il colore riflettendo alcune lunghezze d'onda della luce mentre ne assorbono altre.

Questo studio mostra che la presenza di cromofori in un "ambiente cristallino a forma di bipiramide trigonale", essenzialmente costituito da due piramidi a base triangolare unite da una base all'altra, è fondamentale per il miglioramento del colore.

"Questa parte della struttura cristallina dell'hibonite, come YInMn blu, consente di ottenere colori blu vividi con una tonalità rossastra, " Subramanian ha detto. "Il blu hibonite mostra un miglior risparmio energetico, proprietà termoriflettenti rispetto al tradizionale blu cobalto grazie alla presenza di titanio e al minor contenuto di cobalto.

"In natura, l'hibonite si trova solo nei meteoriti che sono stati sottoposti a migliaia di gradi di temperatura quando attraversano l'atmosfera terrestre, quindi ha senso che la struttura sia notevolmente stabile, " ha aggiunto. "Questo tipo di strutture minerali sono probabilmente il futuro per la progettazione di pigmenti inorganici durevoli e sicuri".

La determinazione degli ingredienti strutturali chiave necessari per realizzare colori vividi dovrebbe consentire tempi più brevi tra le scoperte dei pigmenti, Subramanian ha detto, aggiungendo che la scienza non segue sempre un percorso prescritto.

"La ricerca è come quando si fa un viaggio per vedere qualcosa, e forse quando ci arrivi non è stato così interessante come pensavi, ma quello che hai visto lungo la strada è stato più interessante di quanto avresti potuto immaginare."