无需颜料即可显示亮白色的新材料

卡尔斯鲁厄技术学院(KIT)开发的新工艺可生产出极薄且具有高光散射率的聚合物箔。这种廉价的材料可以在工业上应用于各种物体,以赋予它们闪亮的白色外观。而且,该过程可以使产品在环境上更兼容。

明亮的白色表面使家具登物品显得干净,明亮和现代。迄今为止,二氧化钛一直是用于白色的油漆、塑料、化妆品、食品等的主要颜料。但是,这种颜料也存在缺点。KIT微结构研究所的Hendrik Hlscher教授说:“二氧化钛具有很高的折射率,几乎可以完全反射入射光。但是,它的缺点是其颗粒不会降解,因此从长远来看会污染环境。”此外,人们一直担心二氧化钛可能对健康有害。

Hendrik Hlscher教授和他的团队受到白色甲虫Cyphochilus insulanus的启发,由于其特殊的纳米结构,其甲壳质鳞片显示为白色。Hlscher说:“我们通过产生具有较高散射效率的多孔聚合物结构来避免使用对健康和环境有害的颜料。基于这种模型,我们生产出类似于海绵的聚合物基固态多孔纳米结构,与剃须泡沫或沐浴泡沫类似,该结构散射光,使材料呈现白色。用于低成本和环保的白色光学器件的新技术适用于各种表面。”

物理学家解释说:“通过我们的方法生产的聚合物箔非常薄,柔软,重量轻,而且具有机械稳定性,可以在工业上应用于各种产品。” 新开发的聚合物箔片的厚度为9μm(十分之一毫米)反射超过57%的入射光。当增加箔片的厚度时,可以达到80%到90%。在开发过程中,将海绵状微结构应用于丙烯酸玻璃,不过该方法还可以应用到许多其他聚合物上。Hlscher说:“除箔片外,整个物体可能会被染成白色。下一步,我们计划生产颗粒,例如将小珠子添加到其他材料中。我们已经收到了一些公司的咨询,这些公司希望使他们的产品在环境上更加兼容。”

尽管工程师经常基于由多种化学元素制成的材料来开发解决方案,不过自然界中大多通过其杂的三维结构,利用具有有趣的机械、光学或物理化学特性的单一基本材料来达到某种目的。研究人员补充说,专注于理解和模仿自然现象以使其在技术上可用的仿生学经常会导致全新的解决方案,而这种解决方案是无法以其他任何方式找到的。