Можно подумать, что лист обыкновенной бумаги уже является достаточно белым. Но недавно учёные из Кембриджского университета создали ультрабелое покрытие, которое в 20 раз белее листа бумаги. Специалисты скопировали чешуйки необычного юго-восточноазиатского жука.
В своём пресс-релизе учёные отмечают, что покрытие является супертонким, нетоксичным и лёгким.
Ранее исследователи выяснили, что покрытие панциря белого бриллиантового жука рода Cyphochilus представляет собой поразительный пример природных нанотехнологий: цвет насекомого обусловлен не пигментами, а размером и свойствами тончайших хитиновых чешуек. Последние покрывают панцирь жука.
Поясним, что обычно яркие цвета производятся при помощи пигментов, которые поглощают волны света одних длин и отражают другие, которые глаза человека затем воспринимают как цвет.
Белый образуется путём смешения всех остальных цветов спектра. При этом наибольшая белизна получается, если все цвета отражаются с одинаковой силой. Такое явление встречается в природе чрезвычайно редко и требует наличия многих слоёв цветообразующего покрытия.
Большинство коммерчески доступных белых продуктов (солнцезащитные крема, косметические средства и краски) содержат особые частицы, например, диоксид титана или оксид цинка, чтобы эффективно отражать свет. И, хотя такие материалы считают безопасными для использования, они не являются биосовместимыми.
Специалисты, изучая жуков Cyphochilus, выяснили, что покрытие их панциря невероятно тонкое, а ослепительный белый цвет образуется благодаря сложной пространственной структуре слоя. Покрытие панциря жуков состоит из тончайших нитей хитина, сплетённых в сложную сеть. Толщина нитей составляет тысячные доли миллиметра.
Проще говоря, чешуйки жука приобретают белый окрас не за счёт пигмента, а благодаря структуре плотной сети, «сплетённой» из молекул хитина. В такой структуре нити разного размера и толщины сплетаются под разными углами, и свет отражается очень эффективно.
К слову, хитин также можно обнаружить в раковинах моллюсков. Он обладает такой структурой, которая весьма эффективно рассеивает свет, в результате чего получается ультрабелые покрытия (они тонкие и лёгкие).
Как водится, учёные, раскрывшие секрет самых белых в мире жуков, захотели сами повторить этот «фокус».
Исследователи из Кембриджского университета совместно с финскими коллегами из Университета Аалто скопировали структуру невероятно тонких чешуек жуков, используя целлюлозу, и в результате у них получился материал, который в 20 раз белее листа бумаги.
Используя крошечные нити целлюлозы (или целлюлозных нановолокон), специалисты добились такого же ультрабелого эффекта в гибкой мембране.
Мембраны, изготовленные из тончайших волокон, получились более прозрачными, в то время как добавление средних и более толстых волокон помогло создать менее прозрачные мембраны. Таким образом, учёные смогли точно настроить структуру нановолокон (и повторить знаменитое покрытие жука), чтобы они отражали свет.
Как и чешуйки жука, целлюлозные мембраны очень тонкие. Согласно данным исследователей, как только производственный процесс будет оптимизирован, мембраны, возможно, смогут стать ещё тоньше.
Отмечается, что мембраны рассеивают свет в 20–30 раз более эффективно, чем бумага.
Говоря о преимуществах своей работы, учёные отмечают, что целлюлоза — дешёвый и нетоксичный материал, и, в отличие от диоксида титана и оксида цинка, она является экологически чистой и биосовместимой.
В будущем разработка может быть использована для создания более ярких красок и покрытий нового поколения, которые могут быть использованы в косметической, пищевой и фармацевтической промышленности.
Результаты исследования представлены в научном издании Advanced Materials.
Добавим, что насекомые часто вдохновляют учёных на создание новых материалов или же необычных конструкций. Например, они помогли специалистам сконструировать беспилотники, продолжающие полёт даже после поломки, и создать миниатюрных автономных роботов, которые подражают трудолюбивым пчёлам.
Евгения Ефимова
Источник: http://rusvesna.su/news/1521088195
