無需顏料即可顯示亮白色的新材料

卡爾斯魯厄技術學院(KIT)開發的新工藝可生產出極薄且具有高光散射率的聚合物箔。這種廉價的材料可以在工業上應用於各種物體,以賦予它們閃亮的白色外觀。而且,該過程可以使產品在環境上更兼容。

明亮的白色表面使傢俱登物品顯得乾淨,明亮和現代。迄今為止,二氧化鈦一直是用於白色的油漆、塑料、化妝品、食品等的主要顏料。但是,這種顏料也存在缺點。KIT微結構研究所的Hendrik Hlscher教授說:“二氧化鈦具有很高的折射率,幾乎可以完全反射入射光。但是,它的缺點是其顆粒不會降解,因此從長遠來看會汙染環境。”此外,人們一直擔心二氧化鈦可能對健康有害。

Hendrik Hlscher教授和他的團隊受到白色甲蟲Cyphochilus insulanus的啟發,由於其特殊的納米結構,其甲殼質鱗片顯示為白色。Hlscher說:“我們通過產生具有較高散射效率的多孔聚合物結構來避免使用對健康和環境有害的顏料。基於這種模型,我們生產出類似於海綿的聚合物基固態多孔納米結構,與剃鬚泡沫或沐浴泡沫類似,該結構散射光,使材料呈現白色。用於低成本和環保的白色光學器件的新技術適用於各種表面。”

物理學家解釋說:“通過我們的方法生產的聚合物箔非常薄,柔軟,重量輕,而且具有機械穩定性,可以在工業上應用於各種產品。” 新開發的聚合物箔片的厚度為9μm(十分之一毫米)反射超過57%的入射光。當增加箔片的厚度時,可以達到80%到90%。在開發過程中,將海綿狀微結構應用於丙烯酸玻璃,不過該方法還可以應用到許多其他聚合物上。Hlscher說:“除箔片外,整個物體可能會被染成白色。下一步,我們計劃生產顆粒,例如將小珠子添加到其他材料中。我們已經收到了一些公司的諮詢,這些公司希望使他們的產品在環境上更加兼容。”

儘管工程師經常基於由多種化學元素製成的材料來開發解決方案,不過自然界中大多通過其雜的三維結構,利用具有有趣的機械、光學或物理化學特性的單一基本材料來達到某種目的。研究人員補充說,專注於理解和模仿自然現象以使其在技術上可用的仿生學經常會導致全新的解決方案,而這種解決方案是無法以其他任何方式找到的。


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