Yaponiyanın ən məşhur sənət əsərlərindən biri olan Hokusai-nin ” Kanaqava sahilindəki böyük dalğa” əsərinə diqqətlə baxın və parlaq ağ rənglər sanki səhnəyə çəkilib. Lakin dalğaların ağ köpüyü, Fuji dağını örtən qar və səmadakı buludlar heç bir ağ piqmentə malik deyil. Onların parlaqlığı ənənəvi waşi kağızının açıq liflərindən səpələnən işığın təsiri ilə yaranır.

Bu təsir struktur ağlığı kimi tanınır. Bu təsir rəngli maddəyə əsaslanmaq əvəzinə, materialın mikroskopik quruluşunun işıqla qarşılıqlı təsirindən irəli gəlir.

Eyni əsas fenomen təbiətdə də müşahidə olunur. Dəniz suyu, buludlar və qar hamısı tünd ağ görünür, çünki onların strukturları görünən işığı son dərəcə effektiv şəkildə səpələyir. Oxşar təsirlərə bitki toxumalarında və hətta bəzi qurbağaların yaratdığı köpüklü qoruyucu yuvalarda da rast gəlmək olar. Bir çox hallarda bu strukturlar əsasən havadan ibarətdir, lakin heç bir piqment olmadan təəccüblü ağlıq yarada bilirlər.

Bu təbii strategiya, Kioto Universitetinin İnteqrasiya olunmuş Hüceyrə Materialları Elmləri İnstitutunun (iCeMS) professoru Easan Sivaniahın rəhbərlik etdiyi beynəlxalq bir qrupa Tokio Metropolitan Universiteti və Donghua Universitetinin tədqiqatçıları ilə birlikdə işləməyə ilham verdi. Onların məqsədi, ümumi istifadə olunan materialların üzləşdiyi iki əsas problemi həll edə biləcək yeni bir köpük əsaslı material platforması yaratmaq idi.

Titan Dioksid və PFAS-a alternativlər

_{Ağ qablaşdırma, filmlər və örtüklər çox vaxt həm parlaqlıq, həm də qeyri-şəffaflıq təmin edən titan dioksiddən ( TiO2} ) asılıdır . Lakin təhlükəsizliklə bağlı narahatlıqlar bu yaxınlarda Avropa Birliyini titan dioksidinin qida əlavəsi kimi istifadəsini qadağan etməyə sövq etdi.

PFAS kimi tanınan digər geniş yayılmış kimyəvi maddələr qrupu, materialların suyu və yağı dəf etməsinə kömək edir. Bu flüorlu maddələr ətraf mühitdə qala bildiyinə və ətraf mühit və sağlamlıq üçün təhlükə yarada biləcəyinə görə getdikcə daha çox diqqət mərkəzindədir. Bu narahatlıqlar alternativlər tapmaq üçün dünya miqyasında səyləri gücləndirib.

Tədqiqatçılar hər iki problemə əlavə kimyəvi maddələrdən daha çox fiziki quruluşa diqqət yetirərək yanaşdılar. Onlar təbii köpüklərin işığı necə səpələməsini təqlid edən, eyni zamanda yarpaqlarda və çiçək ləçəklərində olan su itələyici səthlərdən ilham alan diqqətlə idarə olunan məsaməli materiallar hazırladılar.

Tokio Metropolitan Universitetinin dosenti Taiki Yanagişima bildirib ki, “Biomimetika elminin üzləşdiyi əsas çətinliklərdən biri mövcud materialların miqyası və dəyəri ilə təbiətdən ilhamlanan ekoloji cəhətdən təmiz material dizaynlarının reallaşdırılmasıdır”.

Yüngül və mülayim həlledici köpük yaradır

İstehsal üsulu nisbətən sadədir. Əvvəlcə polimer işığa məruz qalır. Həmin işıq polimeri daha kiçik molekulyar fraqmentlərə parçalayır. Daha sonra material mülayim bir həlledici ilə işlənir və bu həlledici həmin fraqmentlərlə qarşılıqlı təsir göstərir və polimerin şişməsinə səbəb olur.

Material genişləndikcə, açıq mikroskopik məsamələr şəbəkəsi əmələ gətirir. Bu tək çevrilmə materiala iki faydalı xüsusiyyət verir.

Materialın içərisində məsaməli quruluş işığı o qədər effektiv şəkildə səpələyir ki, əlavə piqment olmadan intensiv ağ görünür. Səthində köpük, lotus yarpağının səthi kimi, suyu güclü şəkildə dəf edən son dərəcə kobud bir toxuma əmələ gətirir.

Komanda prosesi Dərin Köpük Fotolitoqrafiyası (DFP) adlandırır.

Polimer Filmlərdən Parçalara

Çinin aparıcı tekstil elmi və mühəndisliyi müəssisələrindən biri olan Donghua Universitetinin tekstil tədqiqatçıları ilə əməkdaşlıq çərçivəsində tədqiqatçılar metodun yalnız çap edilə bilən polimer filmlərdən daha çox şeydə işlədiyini göstərdilər. O, həmçinin parçalara da tətbiq oluna bilər.

Digər bir üstünlük isə prosesin tamamilə yeni ixtisaslaşmış kimyəvi maddələrin hazırlanmasından asılı olmamasıdır. Tədqiqatçılar artıq bir neçə kommersiya baxımından mövcud olan polimerlərdən istifadə edərək DFP-ni nümayiş etdiriblər.

Nəticədə çap edilə bilən materiallar platforması ultra yüksək qətnamə (20.000 DPI) əldə edə bilər. Eyni zamanda, titan dioksid və PFAS olmadan struktur ağlığı suyun idarə olunması funksiyası ilə birləşdirir.

Funksiyanı Materialın Özünə Qurmaq

Bu yanaşma, hasil edilən mineral piqmentlərə və davamlı flüorlu kimyəvi maddələrə olan asılılığı azaldarkən daha yüngül materiallar üçün yeni imkanlar yarada bilər.

Tədqiqatçılar rəng yaratmaq üçün piqmentlər əlavə etmək və ya səthlərin su ilə qarşılıqlı təsirini idarə etmək üçün davamlı kimyəvi örtüklər tətbiq etmək əvəzinə, bu xüsusiyyətləri birbaşa materialın fiziki quruluşuna daxil edirlər.

İşığı və suyu idarə etmək üçün mikroskopik arxitekturadan istifadə etməklə, texnologiya gündəlik materialların dizaynında kökündən fərqli və potensial olaraq daha dayanıqlı bir yanaşma təklif edir. Materialın özü əsasən kimyadan asılı olmaq əvəzinə, istənilən funksiyanı təmin etmək üçün qurulmuşdur.