Белый материал можно получить вообще без белой краски. Международная группа исследователей под руководством Киотского университета разработала метод , который превращает полимер в ярко-белую пористую структуру с помощью света и слабого растворителя. Цвет создают микроскопические полости с воздухом, а не диоксид титана или другой пигмент.
Технологию назвали Deep Foam Photolithography, или глубокой пенной фотолитографией. Фоточувствительный полимер сначала облучают ультрафиолетом диапазона UV-A. Свет одновременно разрывает часть длинных молекулярных цепочек и создаёт поперечные связи между другими участками. После обработки слабым растворителем материал набухает, внутри зарождаются и растут поры, а сплошная плёнка превращается в микроскопическую пену.
Белизна появляется за счёт многократного рассеяния света на границах между полимером и воздухом. Похожий принцип работает в снегу, облаках, морской пене и растительных тканях. Белый цвет в подобных структурах создаёт не краситель, а огромное количество микроскопических границ, от которых свет отражается в разных направлениях.
Исследователи могут управлять процессом с помощью света и получать на одной поверхности участки с разной пористостью. Такой подход позволяет печатать белые и серые изображения вообще без чернил. Разрешение достигло примерно 20 000 точек на дюйм, а самые мелкие структуры оказались достаточно точными даже для появления дифракционных цветов.
Метод работает не только с цветом. Контролируемое схлопывание пены формирует на поверхности многоуровневый микроскопический рельеф, напоминающий поверхность листа лотоса. Получившийся материал очень плохо смачивается водой и приобретает выраженные водоотталкивающие свойства без фторсодержащего покрытия.
Разработчики рассматривают технологию как способ одновременно сократить зависимость от двух распространённых классов веществ. Для получения непрозрачного белого цвета в упаковке, плёнках и покрытиях широко применяют диоксид титана, а водоотталкивающие свойства часто создают с помощью фторсодержащих соединений PFAS. Новая технология переносит обе функции с химического состава на физическую структуру самого материала.
Дополнительным преимуществом стала совместимость с уже существующими полимерами. Исследователи продемонстрировали глубокую пенную фотолитографию на поликарбонате, полиэтилентерефталате, полиметилметакрилате, полисульфоне и других материалах. Специально создавать новый полимер для процесса не требуется.
Технологию проверили не только на тонких плёнках. Команда сформировала пористую структуру в полимерных волокнах и показала возможность обработки тканей. Потенциальные области применения включают печать, упаковку и текстиль, где белизна, небольшой вес и водоотталкивающая поверхность могут требоваться одновременно.
Управление пеной позволяет менять и другие свойства материала. Исследователи создавали участки с разной толщиной, смачиваемостью и оптическими характеристиками, формировали микроканалы для жидкостей и области, способные удерживать пиколитровые объёмы жидкости и коллоидных частиц. Максимальное механическое расширение некоторых напечатанных структур достигало примерно 20 раз относительно исходной толщины.
Авторы считают главным преимуществом подхода возможность получать сразу несколько функций одной операцией. Свет задаёт рисунок, растворитель формирует поры, после чего внутренняя структура отвечает за белизну, а поверхностный рельеф за взаимодействие с водой. Для промышленного применения разработчикам ещё предстоит показать, насколько легко процесс масштабируется и сможет ли конкурировать по стоимости с привычными пигментами и покрытиями.