Aalto, joka ei ollut valkoinen
Tässä on asia, joka saa sinut katsomaan japanilaista taidetta uudella silmällä: Hokusain kuuluisissa puupiirroksissa loistavat valkoiset eivät itse asiassa ole valkoisia lainkaan. Hänen aaltojensa vaahto, Fuji-vuoren huipulla oleva lumi ja ohuet pilvet – kaikki tuo kirkas valkoisuus johtuu itse washi-paperin tekstuurista. Valo kimpoilee paljaiden paperikuitujen välillä ja siroaa kaikkiin suuntiin, ja silmämme tulkitsevat sen kirkkaaksi, puhtaaksi valkoiseksi.
Ei pigmenttejä. Pelkkää fysiikkaa.
Tätä ilmiötä kutsutaan struktuuriseksi valkoisuudeksi, ja se on piilotellut luonnossa kaikkien näkyvillä kauan ennen kuin ihmiset edes alkoivat tutkia sitä. Meriroiskeet, pilvet ja tuore lumi – mikään niistä ei sisällä ”valkoista ainetta”. Niillä on vain oikea mikroskooppinen rakenne, joka siroaa näkyvää valoa kuin ei olisi huomista.
Nyt tutkijat ovat keksineet, kuinka hyödyntää tätä muinaista temppua moderneissa materiaaleissa. Melko hienoa, eikö?
Kaksi ongelmaa, yksi nerokas ratkaisu
Tämän tutkimuksen kansainvälinen tiimi – jota johti professori Easan Sivaniah Kyoton yliopiston integroitujen solujen ja materiaalitieteiden laitoksella yhteistyössä Tokion metropoliyliopiston ja Donghuan yliopiston kanssa – halusi ratkaista materiaalien maailmassa kaksi suurta päänsärkyä.
Ensinnäkin: titaanidioksidi. Tämä mineraali esiintyy kaikkialla – valkoisissa pakkauksissa, kalvoissa, pinnoitteissa ja jopa joissakin elintarvikkeissa (joissa sitä käytettiin merkittynä lisäaineeksi E171). Se tekee asioista kirkkaita ja läpinäkymättömiä, mikä on erinomaista valmistajille. Mutta tässä on ongelma: Euroopan unioni kielsi äskettäin titaanidioksidin elintarvikelisäaineena turvallisuussyistä. Tämä on merkittävä asia, sillä se tarkoittaa, että yritykset kaikkialla yrittävät kiireesti löytää vaihtoehtoja.
Toinen ongelma: PFAS. Olet saattanut kuulla näitä kutsuttavan ”ikikemikaaleiksi”. Nämä fluoratut yhdisteet auttavat materiaaleja hylkimään vettä ja öljyä, mikä kuulostaa hyödylliseltä – kunnes muistaa, että ne säilyvät ympäristössä ikuisuuden ja voivat aiheuttaa terveysongelmia. Maailmanlaajuinen paine korvaavien aineiden löytämiseksi kasvaa.
Tutkimusryhmä ajatteli: entä jos emme tarvitsisi kumpaakaan näistä? Entä jos voisimme suunnitella materiaaleja, jotka saavat valkoisuutensa ja vedenkestävyytensä pelkästään fyysisestä rakenteesta?
Luonto on jo ratkaissut tämän
Tutkijat saivat inspiraationsa melko odottamattomista lähteistä. Lootuksen lehti, joka on tunnettu vettä hylkivästä ”itsepuhdistuvasta” pinnastaan? Se on tekstuurikysymys, ei kemiallinen pinnoite. Joidenkin sammakoiden munien suojaamiseksi rakentamat vaahtomaiset pesät? Ilmaa ja rakennetta, ei lisäaineita.
Strategia on elegantti: sen sijaan, että lisäisimme materiaaleihin aineita saadaksemme ne käyttäytymään tietyllä tavalla, rakennamme tämän käyttäytymisen materiaalin fyysiseen arkkitehtuuriin alusta alkaen.
”Yksi biomimeettisen tieteen keskeisistä haasteista on toteuttaa luonnosta inspiroituneita ympäristöystävällisiä materiaalisuunnitteluita olemassa olevien materiaalien mittakaavassa ja kustannuksella”, sanoi apul