Вълната, която не е бяла
Ето нещо, което ще ви накара да погледнете по различен начин на японското изкуство: блестящите бели тонове в прочутите дърворезби на Хокусай всъщност не са бели. Пената на вълните му, снегът, покриващ връх Фуджи, и нежните облаци – цялата тази светла белина идва от текстурата на самата хартия васи. Светлината се отразява от изложените влакна на хартията, разпръсква се във всички посоки и очите ни възприемат това като ярък, чист бял цвят.
Няма пигмент. Просто физиката върши работата си.
Това явление се нарича структурна белина и то се крие на видно място в природата много преди хората да помислят да го проучат. Морската пяна, облаците, пресният сняг – никое от тях не съдържа „бяло вещество“. Те просто имат правилната микроскопична архитектура, която разпръсква видимата светлина без ограничения.
И сега учените разбраха как да използват този древен трик за съвременните материали. Не е ли страхотно?
Два проблема, едно умно решение
Международният екип зад това изследване – воден от професор Исан Сивания от Института по интегрирани клетъчно-материални науки към Университета в Киото, със сътрудници от Метрополитенския университет в Токио и Университета Дунхуа – имаше две големи главоболия в света на материалите, които искаше да реши.
Първо: титанов диоксид. Този минерал присъства навсякъде – в бялата опаковка, филмите, покритията, дори в някои храни (където преди се обозначаваше като добавка E171). Той прави нещата ярки и непрозрачни, което е отлично за производителите. Но ето проблема: Европейският съюз наскоро забрани титановия диоксид като хранителна добавка поради опасения за безопасността. Това е голям проблем, тъй като означава, че компаниите навсякъде се опитват трескаво да намерят алтернативи.
Втори проблем: PFAS. Може би сте чували тези вещества наричани „вечни химикали“. Тези флуорирани съединения помагат на материалите да отблъскват вода и мазнини, което звучи полезно – докато не си спомните, че те остават в околната среда завинаги и може да причинят здравословни проблеми. Глобалният натиск за намиране на заместители нараства.
Изследователският екип си помисли: какво ако не ни трябват нито едното, нито другото? Какво ако можем да проектираме материали, които получават своята белина и водоустойчивост само от физическата структура?
Природата вече е решила това
Изследователите почерпиха вдъхновение от доста неочаквани места. Лотосовият лист, прочут със своята водоотблъскваща „самопочистваща“ повърхност? Това е въпрос на текстура, а не на химическо покритие. Пенестите гнезда, които някои жаби правят, за да защитят яйцата си? Въздух и структура, без нужда от добавки.
Стратегията е елегантна: вместо да добавяме вещества към материалите, за да ги накараме да се държат по определен начин, вграждаме това поведение във физическата архитектура на материала от самото начало.
„Ключово предизвикателство пред биомиметичната наука е реализирането на екологосъобразни материални дизайни, вдъхновени от природата, при мащаб и цена, съпоставими със съществуващите материали“, заяви доц. Тайки Янагисима от Метрополитенския университет в Токио.
И точно това те успяха да постигнат