Bølgen som ikke var hvit
Her er noe som får deg til å se på japansk kunst på en ny måte: De strålende hvite partiene i Hokusais berømte tresnitt er faktisk ikke hvite i det hele tatt. Skummet på bølgene, snøen på toppen av Fuji, de tynne skyene – all denne lysende hvitheten kommer fra strukturen i selve varish-papiret. Lyset spretter rundt i de eksponerte papirfibrene, spres i alle retninger, og øynene våre tolker dette som lys, ren hvit.
Ingen pigment. Bare fysikk som gjør sin jobb.
Dette fenomenet kalles strukturell hvithet, og det har ligget åpent for øyet i naturen lenge før mennesker tenkte på å studere det. Havskum, skyer, nysnø – ingen av dem inneholder «hvitt stoff». De har bare den rette mikroskopiske arkitekturen til å spre synlig lys som om det ikke fantes noen morgen.
Og nå har forskere funnet ut hvordan de kan utnytte dette gamle trikket for moderne materialer. Temmelig kult, ikke sant?
To problemer, én smart løsning
Det internasjonale teamet bak denne forskningen – ledet av professor Easan Sivaniah ved Institutt for integrert celle-materialevitenskap ved Kyoto-universitetet, med samarbeidspartnere fra Tokyo Metropolitan University og Donghua University – hadde to store hodepine i materialverdenen de ønsket å løse.
Først ut: titandioksid. Dette mineralet finnes overalt – i hvit emballasje, filmer, belegg, til og med i noen matvarer (der det tidligere ble merket som tilsetningsstoff E171). Det gjør ting lyse og ugjennomsiktige, noe som er flott for produsenter. Men her er problemet: EU har nylig forbudt titandioksid som tilsetningsstoff i mat på grunn av sikkerhetsbekymringer. Det er en stor sak, siden det betyr at bedrifter over hele verden nå må lete etter alternativer.
Det andre problemet: PFAS. Du har kanskje hørt disse omtalt som «evighetskjemikalier». Disse fluorerte forbindelsene hjelper materialer å avvise vann og olje, noe som høres nyttig ut – helt til du husker at de vedvarer i miljøet i det som virker som evigheten, og kan forårsake helseproblemer. Det øker det globale presset for å finne erstatninger.
Forskerteamet tenkte: Hva om vi ikke trengte noen av disse? Hva om vi kunne konstruere materialer som får sin hvithet og vannavvisende egenskaper kun fra fysisk struktur?
Naturen har allerede løst dette
Forskerne hentet inspirasjon fra noen ganske uventede steder. Lotusbladet, kjent for sin vannavvisende «selvrensende» overflate? Det er et tekstur-spørsmål, ikke et kjemisk belegg. De skumaktige reirene noen frosker bygger for å beskytte eggene sine? Luft og struktur, ingen tilsetningsstoffer nødvendig.
Strategien er elegant: I stedet for å tilsette stoffer i materialer for å få dem til å oppføre seg på en bestemt måte, bygges den oppførselen inn i materialets fysiske arkitektur fra starten av.
«En sentral utfordring innen biomimetisk vitenskap er å realisere miljøvennlige materialdesign inspirert av naturen i den skala og til den kostnad som eksisterende materialer har», sier førsteamanuensis Taiki Yanagishima ved Tokyo Metropolitan University.
Og det er akkurat det de klarte å gjøre.
Prosessen: Lys, løsemiddel, magi
Her blir det spennende. Teknikken de utviklet kalles Deep Foam Photolithography (DFP), og skjønnheten ligger i dens enkelhet.
Først lyser du på en polymerfilm. Lyset bryter ned polymeren i mindre biter. Deretter påfører du et mildt løsemiddel, som får fragmentene til å svulme opp og utvide seg.
Når materialet utvider seg, utvikler det et nettverk av mikroskopiske porer – som et superfin skum. Denne svampaktige strukturen gjør to bemerkelsesverdige ting samtidig: