Ultra-hvid belægning modelleret på bille-skæl

Forskere har udviklet en supertynd, ikke giftig, letvægts, spiselig ultrahvid belægning, der kunne bruges til at lave lysere maling og belægninger, til brug i kosmetik, fødevare- eller medicinalindustrien.

Materialet - som er 20 gange hvidere end papir - er lavet af ugiftig cellulose og opnår en så lys hvidhed ved at efterligne strukturen af ​​de ultratynde skæl hos visse typer biller. Resultaterne er rapporteret i journalen Avancerede materialer .

Lyse farver fremstilles normalt ved hjælp af pigmenter, som absorberer visse bølgelængder af lys og reflekterer andre, som vores øjne så opfatter som farve.

For at fremstå som hvid, imidlertid, alle lysets bølgelængder skal reflekteres med samme effektivitet. De fleste kommercielt tilgængelige hvide produkter - såsom solcremer, kosmetik og maling - inkorporer stærkt brydende partikler (normalt titaniumdioxid eller zinkoxid) for at reflektere lys effektivt. Disse materialer, mens det anses for sikkert, er ikke fuldt ud bæredygtige eller biokompatible.

I naturen, Cyphochilus billen, som er hjemmehørende i Sydøstasien, producerer sin ultrahvide farve ikke gennem pigmenter, men ved at udnytte geometrien af ​​et tæt netværk af chitin - et molekyle, som også findes i bløddyrs skaller, insekters eksoskeletter og svampes cellevægge. Kitin har en struktur, som spreder lys ekstremt effektivt - hvilket resulterer i ultrahvide belægninger, som er meget tynde og lette.

"Hvid er en meget speciel type strukturfarve, " sagde papirets medforfatter Dr Olimpia Onelli, fra Cambridge's Department of Chemistry. "Andre typer af strukturelle farver - for eksempel sommerfuglevinger eller opaler - har et specifikt mønster i deres struktur, som resulterer i levende farver, men at fremstille hvidt, strukturen skal være så tilfældig som muligt."

Cambridge-holdet, arbejder med forskere fra Aalto Universitet i Finland, efterlignede strukturen af ​​kitin ved hjælp af cellulose, som ikke er giftig, rigelig, stærk og biokompatibel. Ved hjælp af små tråde af cellulose, eller cellulose nanofibriller, de var i stand til at opnå den samme ultrahvide effekt i en fleksibel membran.

Ved at bruge en kombination af nanofibriller med varierende diametre, forskerne var i stand til at justere opaciteten, og derfor hvidheden, af slutmaterialet. Membranerne lavet af de tyndeste fibre var mere gennemsigtige, mens tilføjelse af mellemstore og tykke fibre resulterede i en mere uigennemsigtig membran. På denne måde forskerne var i stand til at finjustere nanofibrillernes geometri, så de reflekterede mest lys.

"Disse cellulosebaserede materialer har en struktur, der næsten ligner spaghetti, det er sådan de er i stand til at sprede lys så godt, " sagde seniorforfatter Dr. Silvia Vignolini, også fra Cambridge's Department of Chemistry. "Vi skal have den helt rigtige blanding:vi ønsker ikke, at den skal være for ensartet, og vi vil ikke have det til at kollapse."

Ligesom bille skæl, cellulosemembranerne er ekstremt tynde:kun nogle få milliontedele meter tykke, selvom forskerne siger, at endnu tyndere membraner kunne fremstilles ved yderligere at optimere deres fremstillingsproces. Membranerne spreder lys 20 til 30 gange mere effektivt end papir, og kunne bruges til at producere næste generations effektive lyse, bæredygtige og biokompatible hvide materialer.