Investigadores de la Universidad de Cambridge, desarrollan un nuevo material que es 20 veces más blanco que el papel y que podría ser utilizado para el desarrollo de productos de iluminación con tecnología LED. El material, realizado a partir de celulos no tóxica, alcanza tal nivel de blancura gracias a emular las estructuras de escamas ultra delgadas de ciertos tipos de escarabajos.
Los colores brillantes normalmente son creados usando pigmentos, que absorben ciertas longitudes de onda de la luz y reflejan otras, que nuestros ojos no son capaces de percibir. Sin embargo para conseguir los blancos, todas las longitudes de onda de la luz deben reflejarse con la misma eficacia. La mayoría de productos blancos disponibles comercialmente (pinturas, cosméticos, etc.), incorporan elementos altamente refractarios, normalmente dióxido de titanio o óxido de zinc, para reflejar la luz de manera eficiente. Estas partículas, si bien se consideran seguras, no son totalmente sostenibles y biocompatibles.
En la naturaleza, el escarabajo Cyphochilus, originario del sudeste asiático, produce su característico color ultra blanco no a través de pigmentos, sino aprovechando la geometría de una densa red de quitina. La quitina, que también se encuentra en las conchas de los moluscos, en el exoesqueletos de insectos y en las paredes de hongos, tiene una estructura que dispersa la luz de manera extremadamente eficiente, dando como resultado un revestimiento ultra blanco que es muy fino y ligero.
Escarabajo Cyphochilus junto con revestimiento a base de celulosa. Fuente : Olimpia Onelli
“El blanco es un tipo muy especial de color estructural” comenta la coautora del artículo, Olimpia Onelli, del Departamento de Química de Cambridge. “Otros tipo de color estructural, por ejemplo el de las alas de mariposa, tiene un patrón específico en su estructura que da como resultado un color vibrante, pero para producir blanco, la estructura debe ser lo más aleatoria posible”.
El equipo de Cambridge, trabajando en colaboración con investigadores de la Universidad de Aalto en Finlandia, imitó estas estructuras de la quitina usando celulosa, que no es tóxica, abundante y biocompatible. Utilizando pequeños filamentos de celulosa, o “nanofibras” de celulosa, lograron el mismo efecto ultra-blanco en una membrana flexible.
Mediante el uso de una combinación de nanofibras de diferentes diámetros, los investigadores pudieron ajustar la opacidad y, por tanto, la blancura del material final. Las membranas hechas de fibras más delgadas eran más transparentes, mientras que la adición de fibras medias y gruesas daba como resultado una membrana más opaca. De esta manera, los investigadores pudieron ajustar la geometría de las nanofibras para que reflejaran mayor cantidad de luz.
“Estos materiales basados en celulosa tienen un estructura que se asemeja mucho a un spagueti, que es la forma en que pueden dispersar la luz muy bien”, señala la autora principal de la investigación, la Dra. Silvia Vignoli, también del Departamento de Química de Cambridge. “Tenemos que conseguir la mezcla correcta: no queremos que sea demasiado uniforme, y no queremos que colapse”.
Al igual que las escamas de los escarabajos, las membranas de celulosa son extremadamente delgadas: sólo unas pocas millonésimas de metro de espesor, aunque los investigadores dicen que incluso las membranas más delgadas podrían producirse optimizando aún más su proceso de fabricación. Las membranas dispersan la luz de 20 a 30 veces más eficientemente que el papel y podrían usarse para producir materiales blancos brillantes, sostenibles y biocompatibles eficientes de la siguiente generación.
Sus creadores esperan que el nuevo material sea clave para diseñar y adaptar la apariencia óptica y el rendimiento de muchos materiales que nos rodean. Desde productos de consumo cotidiano, como los de cuidado personal, pinturas y papel, hasta difusores de luz utilizada en las lámparas LED y células solares.
La investigación, publicada en la revista Advanced Materiales, ha sido financiada en parte por el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas del Reino Unido y el Consejo Europeo de Investigación. La tecnología ha sido patentada por Cambridge Enterprise.
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