W celu jego zaprojektowania wykorzystali technologię, w ramach której stosuje się mikroskopijną strukturę zamiast tradycyjnych substancji chemicznych. Takie rozwiązanie może w przyszłości znaleźć szereg zastosowań, między innymi w produkcji opakowań, powłok, folii czy tekstyliów. Publikacja w tej sprawie ukazała się w Nature, a jej autorzy przyznają, iż wielką inspiracją była dla nich natura. Intensywna biel śniegu, chmur, morskiej piany czy niektórych struktur roślinnych nie wynika z obecności białego barwnika. Powstaje dzięki temu, jak mikroskopijne elementy materiału rozpraszają światło. W świecie nauki taki fenomen jest znany jako biel strukturalna.
Czytaj też: Burgund wreszcie wkupił się w łaski. iPhone 18 Pro zrobi z niego gwiazdę
Naukowcy postanowili wykorzystać ten sam mechanizm do stworzenia swojego materiału. Opracowali metodę nazwaną DFP (Deep Foam Photolithography). Jej działanie opiera się na tworzeniu w polimerze niezwykle drobnych, otwartych porów. To właśnie ich struktura odpowiada za wyjątkowo skuteczne rozpraszanie światła, dzięki czemu powierzchnia może wyglądać na intensywnie białą bez zastosowania dodatkowego pigmentu.
Proces produkcji jest przy tym stosunkowo prosty. Najpierw polimer poddawany jest działaniu światła, które rozbija jego cząsteczki na mniejsze fragmenty. Następnie materiał traktuje się łagodnym rozpuszczalnikiem. Powoduje on pęcznienie polimeru i prowadzi do powstania sieci mikroskopijnych porów.
Ta sama struktura odpowiada za jeszcze jedną właściwość. Powierzchnia materiału staje się bardzo chropowata, dzięki czemu zaczyna silnie odpychać wodę. Naukowcy porównują ten efekt do powierzchni liścia lotosu, na którym krople wody nie rozlewają się, lecz pozostają niemal kuliste i łatwo z niego spływają.
Nowa metoda może być interesująca również dlatego, iż pozwala połączyć dwie funkcje, które obecnie często uzyskuje się przy pomocy różnych substancji. Biały kolor i nieprzezroczystość materiałów są powszechnie uzyskiwane dzięki dwutlenkowi tytanu. Z kolei właściwości hydrofobowe często zapewniają związki PFAS, czyli grupa niezwykle trwałych substancji fluorowanych.
Obie technologie budzą jednak coraz większe zainteresowanie ze względu na kwestie środowiskowe i bezpieczeństwa. Dwutlenek tytanu oraz PFAS są przedmiotem regulacji i badań związanych z ich wpływem na środowisko oraz zdrowie. Nowe rozwiązanie ma potencjalnie ograniczyć potrzebę korzystania z części takich dodatków. Co ważne, DFP nie jest ograniczone wyłącznie do laboratoryjnych próbek. Badacze pokazali, że technologię tę można stosować zarówno do polimerowych folii, jak i do tkanin. Poza tym, eksperymenty odbywały się z wykorzystaniem kilku dostępnych komercyjnie polimerów, co może ułatwić dalszy rozwój technologii.
Jednym z najbardziej imponujących parametrów okazuje się rozdzielczość. Opracowana platforma pozwala tworzyć struktury z rozdzielczością sięgającą 20 tysięcy DPI. Oznacza to możliwość bardzo precyzyjnego kształtowania mikroskopijnej architektury materiału. Sami zainteresowani przekonują, że ich podejście zmieni sposób projektowania codziennych materiałów. Zamiast dodawać kolejne substancje chemiczne, można bowiem zaprojektować samą strukturę materiału tak, aby uzyskać pożądane właściwości. W tym przypadku jedna mikroskopijna konstrukcja odpowiada jednocześnie za intensywną biel i odporność na wodę.
Źródło: Nature