L'onda che non era bianca
Ecco un dettaglio che vi farà guardare l'arte giapponese con occhi diversi: i bianchi brillanti nelle famose stampe xilografiche di Hokusai non sono affatto bianchi. La schiuma sulle sue onde, la neve che ricopre il Monte Fuji, le nuvole sottili: tutta quella luminosità bianca deriva dalla texture della carta washi stessa. La luce rimbalza tra le fibre di carta esposte, disperdendosi in ogni direzione, e i nostri occhi interpretano ciò come un bianco brillante e puro.
Nessun pigmento. Solo la fisica che fa il suo corso.
Questo fenomeno è chiamato bianchezza strutturale ed è stato nascosto in bella vista nella natura molto prima che gli umani pensassero di studiarlo. La schiuma del mare, le nuvole, la neve fresca: nessuno di questi elementi contiene una "sostanza bianca". Hanno semplicemente l'architettura microscopica giusta per disperdere la luce visibile come se non ci fosse un domani.
Ora, gli scienziati hanno capito come sfruttare questo antico trucco per i materiali moderni. Abbastanza affascinante, no?
Due problemi, una soluzione ingegnosa
Il team internazionale dietro questa ricerca, guidato dal Professor Easan Sivaniah dell'Istituto per le Scienze Integrate Cellula-Materiale dell'Università di Kyoto, con collaboratori dell'Università Metropolitana di Tokyo e dell'Università di Donghua, aveva due grandi grattacapi nel mondo dei materiali da risolvere.
Primo: il biossido di titanio. Questo minerale si trova ovunque: negli imballaggi bianchi, nelle pellicole, nei rivestimenti, persino in alcuni alimenti (dove era etichettato come additivo E171). Rende le cose luminose e opache, il che è ottimo per i produttori. Ma ecco il problema: l'Unione Europea ha recentemente vietato il biossido di titanio come additivo alimentare per motivi di sicurezza. È una questione importante, poiché significa che le aziende di tutto il mondo si stanno affannando per trovare alternative.
Secondo problema: i PFAS. Potreste averli sentiti chiamare "sostanze chimiche eterne". Questi composti fluorurati aiutano i materiali a respingere acqua e olio, il che sembra utile, finché non si ricorda che persistono nell'ambiente per tempi indefiniti e potrebbero causare problemi di salute. La pressione globale per trovare sostituti è in aumento.
Il team di ricerca ha pensato: e se non avessimo bisogno di nessuno dei due? E se potessimo progettare materiali che ottengono la loro bianchezza e resistenza all'acqua dalla sola struttura fisica?
La natura aveva già risolto il problema
I ricercatori hanno tratto ispirazione da luoghi piuttosto inaspettati. La foglia di loto, famosa per la sua superficie "autopulente" idrorepellente? È una questione di texture, non di rivestimento chimico. I nidi schiumosi che alcune rane costruiscono per proteggere le uova? Aria e struttura, senza additivi richiesti.
La strategia è elegante: invece di aggiungere sostanze ai materiali per farli comportare in un certo modo, si integra quel comportamento nell'architettura fisica del materiale fin dall'inizio.
"Una delle principali sfide affrontate dalla scienza biomimetica è realizzare design di materiali ecocompatibili ispirati alla natura alla scala e al costo dei materiali esistenti", ha affermato il Professore Associato Taiki Yanagishima dell'Università Metropolitana di Tokyo.
Ed è esattamente ciò che sono riusciti a fare.
Il processo: luce, solvente, magia
Ecco dove diventa interessante. La tecnica sviluppata si chiama Litografia a Schiuma Profonda (DFP) e la sua bellezza risiede nella semplicità.
Per prima cosa, si irradia una pellicola polimerica con la luce. Quella luce rompe il polimero in frammenti più piccoli. Poi si applica un solvente delicato, che fa gonfiare ed espandere quei frammenti.
Mentre il materiale si espande, sviluppa una rete di pori microscopici, come una schiuma super fine. Questa struttura spugnosa fa due cose remarkable contemporaneamente: