Bølgen, der ikke var hvid
Her er noget, der får dig til at se japansk kunst med nye øjne: De strålende hvide partier i Hokusais berømte træsnit er slet ikke hvide. Skummet på hans bølger, sneen på toppen af Mount Fuji, de spinkle skyer – al denne lysende hvidhed stammer fra selve strukturen i washi-papiret. Lyset kastes rundt i de blottede papirfibre og spredes i alle retninger, og vores øjne opfatter det som klart, rent hvidt.
Ingen pigmenter. Bare fysikkens love i aktion.
Dette fænomen kaldes strukturel hvidhed, og det har ligget lige for næsen af os i naturen længe, før mennesker nogensinde tænkte på at studere det. Havskum, skyer, frisk sne – ingen af dem indeholder "hvidt stof". De har blot den rette mikroskopiske arkitektur til at sprede synligt lys som aldrig før.
Og nu har forskere fundet ud af, hvordan man kan udnytte dette urgamle trick til moderne materialer. Temmelig sejt, ikke sandt?
To problemer, én elegant løsning
Det internationale forskerhold bag denne undersøgelse – ledet af professor Easan Sivaniah ved Kyoto Universitets Institut for Integreret Celle-Materiale Videnskab, med samarbejdspartnere fra Tokyo Metropolitan University og Donghua University – stod over for to store udfordringer inden for materialevidenskaben, som de ønskede at løse.
Først og fremmest: Titandioxid. Dette mineral findes overalt – i hvide emballager, film, belægninger og endda i nogle fødevarer (hvor det tidligere blev mærket som tilsætningsstof E171). Det gør ting lyse og uigennemsigtige, hvilket er ideelt for producenter. Men her er problemet: EU har for nylig forbudt titandioxid som fødevaretilsætningsstof af sikkerhedsmæssige årsager. Det er en stor sag, da det betyder, at virksomheder overalt nu jagter alternativer.
Det andet problem: PFAS. Du har måske hørt dem omtalt som "evighedskemikalier". Disse fluorerede forbindelser hjælper materialer med at afvise vand og olie, hvilket lyder nyttigt – indtil man husker, at de vedbliver i miljøet i det uendelige og potentielt kan forårsage sundhedsproblemer. Det globale pres for at finde erstatninger vokser.
Forskerholdet tænkte: Hvad nu, hvis vi slet ikke behøvede nogen af disse? Hvad nu, hvis vi kunne konstruere materialer, der opnår deres hvidhed og vandafvisende egenskaber udelukkende gennem fysisk struktur?
Naturen har allerede løst dette
Forskerne lod sig inspirere af nogle ret uventede steder. Lotusbladet, berømt for sin vandafvisende "selvrensende" overflade? Det handler om tekstur, ikke kemisk belægning. De skummende reder, som nogle frøer bygger for at beskytte deres æg? Luft og struktur, ingen tilsætningsstoffer nødvendige.
Strategien er elegant: I stedet for at tilføje stoffer til materialer for at få dem til at opføre sig på en bestemt måde, indbygges denne adfærd i materialets fysiske arkitektur fra starten.
"En central udfordring inden for biomimetisk videnskab er at realisere miljøvenlige materialedesigns inspireret af naturen i den skala og til den pris, som eksisterende materialer kræver," sagde lektor Taiki Yanagishima fra Tokyo Metropolitan University.
Og det er præcis, hvad de formåede at gøre.
Processen: Lys, opløsningsmiddel, magi
Her bliver det sjovt. Den teknik, de udviklede, kaldes Deep Foam Photolithography (DFP), og skønheden ligger i dens enkelhed.
Først belyser man en polymerfilm med lys. Lyset nedbryder polymeren til mindre fragmenter. Derefter påføres et mildt opløsningsmiddel, hvilket får fragmenterne til at svulme op og udvide sig.
Når materialet udvider sig, udvikler det et netværk af