O echipă condusă de la Kyoto University a creat o platformă de materiale spumoase care obține albul intens și repelența la apă exclusiv din structura fizică a materialului, nu din pigmenți sau tratamente chimice, oferind o alternativă mai sustenabilă la două dintre cele mai controversate clase de substanțe folosite azi în industrie.
Valurile albe din faimosul tablou „Marele val de la Kanagawa” al lui Hokusai, zăpada de pe Muntele Fuji sau norii de pe cer nu conțin niciun strop de pigment alb. Albul lor vine dintr-un fenomen numit alb structural: lumina se împrăștie extrem de eficient pe structura microscopică a materialului, nu pe o substanță colorată. Același principiu apare la spuma mării, la unele țesuturi vegetale și chiar la cuiburile spumoase construite de anumite broaște, structuri formate în cea mai mare parte din aer, dar capabile să producă un alb izbitor fără niciun pigment.
De la valul lui Hokusai la o problemă foarte actuală de industrie
Materialele albe folosite azi în ambalaje, filme și acoperiri depind, de regulă, de dioxidul de titan (TiO2), care asigură atât strălucirea, cât și opacitatea, dar a cărui utilizare ca aditiv alimentar a fost recent interzisă în Uniunea Europeană din motive de siguranță. O altă clasă larg răspândită de substanțe, PFAS, ajută materialele să respingă apa și grăsimile, dar aceste substanțe fluorurate sunt tot mai atent monitorizate, întrucât persistă în mediu și pot ridica riscuri pentru sănătate și pentru ecosisteme.
O echipă internațională condusă de profesorul Easan Sivaniah, de la Institutul pentru Științe Integrate ale Celulei și Materialelor (iCeMS) al Kyoto University, alături de cercetători de la Tokyo Metropolitan University și Donghua University, a abordat ambele probleme deodată, mizând pe structura fizică a materialului, în locul substanțelor chimice adăugate. „O provocare esențială a științei biomimetice este să transforme designuri de materiale prietenoase cu mediul, inspirate din natură, în soluții viabile la scara și costurile materialelor deja existente”, a explicat Taiki Yanagishima, de la Tokyo Metropolitan University, unul dintre coordonatorii cercetării.
O metodă simplă: lumină, apoi un solvent slab
Procesul, numit de cercetători fotolitografie de spumă profundă (Deep Foam Photolithography, DFP), este surprinzător de simplu. Materialul polimeric este mai întâi expus la lumină, care îl descompune în fragmente moleculare mai mici. Apoi, materialul este tratat cu un solvent slab, care interacționează cu aceste fragmente și face polimerul să se umfle. Pe măsură ce se dilată, materialul dezvoltă o rețea deschisă de pori microscopici, o singură transformare care îi dă simultan două proprietăți utile: în interior, structura poroasă împrăștie lumina atât de eficient încât materialul devine intens alb fără niciun pigment adăugat, iar la suprafață, textura extrem de rugoasă respinge apa, similar cu suprafața unei frunze de lotus.
În colaborare cu cercetătorii în textile de la Donghua University, una dintre instituțiile de referință din China pentru știința textilelor, echipa a arătat că metoda funcționează nu doar pe filme polimerice printabile, ci și direct pe țesături, iar procesul nu are nevoie de substanțe chimice noi și speciale, ci a fost deja demonstrat pe mai mulți polimeri disponibili comercial. Platforma rezultată poate atinge o rezoluție de printare de până la 20.000 DPI, combinând albul structural cu proprietăți de gestionare a apei, fără dioxid de titan și fără PFAS.
Limitele studiului
Rezultatele demonstrează funcționalitatea metodei la scară de laborator, pe filme polimerice și pe țesături, dar articolul nu oferă încă o evaluare a costurilor de producție la scară industrială, a durabilității materialului în condiții reale de utilizare pe termen lung sau a comportamentului acestuia în procese de reciclare, aspecte esențiale pentru o eventuală adoptare comercială largă.
Dacă lumina și un simplu solvent pot da unui polimer atât culoarea, cât și rezistența la apă, ce alte proprietăți pe care le obținem azi din chimie ar putea fi, de fapt, doar o chestiune de structură fizică bine gândită?
Sursă: Detao Qin, Xianghui Liu, Baian Kuang, Yuzhe Zhang, Masateru Ito, Tatsuya Katsuno, Yuan Liu, Jianduo Zhang, Claudia Rosa, Meifang Zhu, Mikihito Takenaka, Hiroshi Imahori, Ganesh N. Pandian, Taiki Yanagishima, Easan Sivaniah — Foaming photopolymers as a high-resolution biomimetic printing platform, Nature (2026), Kyoto University (iCeMS), Tokyo Metropolitan University, Donghua University.
Lasă un răspuns