Материал, который в 20 раз белее бумаги, сделан из нетоксичной целлюлозы и достигает такой яркой белизны, имитируя структуру ультратонких чешуек определенных видов жуков. Результаты опубликованы в журнале Advanced Materials.
Яркие цвета обычно создаются с использованием пигментов, которые поглощают свет определенных длин волн и отражают другие, которые наши глаза затем воспринимают как цвет.Однако, чтобы выглядеть белым, все длины волн света должны отражаться с одинаковой эффективностью. Большинство имеющихся в продаже белых продуктов, таких как кремы для загара, косметика и краски, содержат высокопреломляющие частицы (обычно диоксид титана или оксид цинка) для эффективного отражения света. Эти материалы считаются безопасными, но не являются полностью экологически безопасными или биосовместимыми.
В природе жук Cyphochilus, который является родным для Юго-Восточной Азии, производит свою ультра-белую окраску не за счет пигментов, а за счет использования геометрии плотной сети хитина — молекулы, которая также содержится в панцирях моллюсков. экзоскелеты насекомых и клеточные стенки грибов. Хитин имеет структуру, которая чрезвычайно эффективно рассеивает свет, в результате чего получаются очень тонкие и легкие ультра-белые покрытия.«Белый — это особый тип структурного цвета», — сказала соавтор статьи доктор Олимпия Онелли из химического факультета Кембриджа. «Другие типы структурной окраски — например, крылья бабочки или опалы — имеют особый узор в своей структуре, который приводит к яркому цвету, но для получения белого цвета структура должна быть как можно более случайной».Команда Кембриджа, работая с исследователями из Университета Аалто в Финляндии, имитировала структуру хитина, используя целлюлозу, которая нетоксична, много, прочна и биосовместима.
Используя крошечные нити целлюлозы или нанофибриллы целлюлозы, они смогли добиться такого же ультрабелого эффекта в гибкой мембране.Используя комбинацию нанофибрилл разного диаметра, исследователи смогли настроить непрозрачность и, следовательно, белизну конечного материала. Мембраны, сделанные из самых тонких волокон, были более прозрачными, а добавление средних и толстых волокон приводило к более непрозрачной мембране. Таким образом, исследователи смогли настроить геометрию нанофибрилл так, чтобы они отражали больше всего света.
«Эти материалы на основе целлюлозы имеют структуру, которая почти похожа на спагетти, благодаря чему они могут так хорошо рассеивать свет», — сказала старший автор доктор Сильвия Виньолини, также из химического факультета Кембриджа. «Нам нужно получить правильную смесь: мы не хотим, чтобы она была слишком однородной, и мы не хотим, чтобы она разрушалась».Как и чешуя жука, целлюлозные мембраны чрезвычайно тонкие: всего несколько миллионных метра толщиной, хотя исследователи говорят, что даже более тонкие мембраны могут быть получены путем дальнейшей оптимизации процесса их изготовления.
Мембраны рассеивают свет в 20-30 раз эффективнее, чем бумага, и могут быть использованы для производства эффективных ярких, экологически чистых и биосовместимых белых материалов нового поколения.