اختراع طلاء فائق البياض

بمساعدة حراشف الخنافس

Cyphochilus beetle

تأليف: تيبي بوي

ترجمة: إبراهيم عبدالله العلو

استنبط البحاثة البريطانيون الفنلنديون طلاء فائق البياض بالاستعانة بخنفساء جنوب شرق آسيا والذي قد يستخدم لصنع أكثر أنواع الأصباغ والدهانات إشراقاً.ا

وهذا الطلاء شديد الرقة وغير سام وقابل للاكل مما يزيد من جاذبيته في كل شئ من مواد التجميل إلى الصناعات الغذائية.

تمتلك خنفساء سيفوكيليس حراشف بيضاء مشرقة بصورة غير عادية تغطي الهيكل الخارجي بالكامل. وتكون أشد بياضاً من الورق أو أية مادة صناعية انتجت إلى اليوم.

علم البحاثة في عام 2014 في جامعة كامبردج أن شدة بياض الحشرة ذات علاقة بالهندسة الجزيئية المعقدة لحراشفها. تعكس الحراشف رغم شدة رقتها كافة الألوان بقوة متساوية وفعالية لا تصدق وهذا شئ نادر الوجود في الطبيعة.

اكتشف ذات الفريق الآن طريقة لمحاكاة حراشف الخنفساء في شكل طلاء. وولدت الفكرة من محاضرة عن الأغشية السليلوزية لتصفية الغاز في أحد المؤتمرات. تقول الدكتورة اوليمبيا اونيلي وهي باحثة في قسم الكيمياء بجامعة كامبردج والمؤلفة المشاركة في دراسة جديدة.

لا يعتمد الطلاء الجديد الفائق البياض ،بعكس المواد التجارية البيضاء والتي تستخدم جسيمات عالية الانكسار( أوكسيد التيتانيوم أو أوكسيد الزنك) على الملونات لعكس الضوء ولكنها تستخدم الكيتين وهي مادة ليفية تتألف من عديدات الساكاريد وهي المادة الأساسية في الهيكل الخارجي لمفصليات الأرجل وجدران الخلايا في الفطور و أصداف الرخويات.

يشتت الكيتين الضوء بشكل طبيعي بفعالية منقطعة النظير بفضل بنيته.

تتباهى بعض الفراشات بألوان زاهية بفضل البنية النانوية المتواجدة على سطح أجنحتها ذات النمط المحدد.

ولكن إنتاج اللون الأبيض يتطلب تعرض الهيكل للضوء بشكل عشوائي إلى أبعد حد.

تقول اونيلي”واجهنا مشكلة بعد عدة أشهر من إختبار الأغشية. كنا نقيس نسبة الضوء المنتقل عبر الأغشية كعامل لسماكة الغشاء: وكلما كان الغشاء أكثر سماكة كلما انخفض الضوء المخترق لها وكانت العلاقة بين هاتين القيمتين خطية.”

وتضيف” كان هناك ثمة أمر مختلف مما استدعى لحظة تفكر. لم يكن الضوء ينتشر بشكل طبيعي في الأغشية. وفي الحقيقة كان الإنتشار منحرفاً نظراً للطبيعة غير المتماثلة للمادة التي تحسن بياض الأغشية.”

تمكن بحاثة كامبردج بالتعاون مع زملائهم من جامعة التو في فنلندا بمحاكاة بنية الكيتين باستخدام شرائط سيليلوزية دقيقة(nanofibrils لييفات نانوية).

ومن خلال تغيير قطر اللييفات النانوية والتي تبدو كالمعكرونة قام البحاثة بمعايرة عتامة المادة وبالتالي بياضها. وتوصلوا في النهاية إلى النقطة الجميلة وعثروا على التوليفة الملائمة من اللييفات النانوية حيث يكون الغشاء بسماكة لا تتجاوز عدة أجزاء من المليون من المتر.

كان الطلاء الناتج أشد بياضاً من الورق ب20 ضعف وبما أنه مصنع من السيلليوز فإنه غير سام. يقول بحاثة كامبردج انه يمكن ادماج الأغشية الشديدة البياض في الجيل القادم من المواد البيضاء الناصعة و المتحللة بيولوجياً والمستدامة.

تقول اونيلي”نعتقد ان الالهام الحيوي قد يوفر لنا طريقاً نحو المواد المستدامة من حيث المواد المستخدمة وطرق تصنيعها. ندرس التركيب الذاتي للمواد النانوية في الطبيعة لنتعلم منها طرق التصنيع من القاعدة إلى القمة والتي قد تحل محل المناهج المكلفة والأقل صداقة للبيئة والتي تبدأ من القمة إلى القاعدة والمستخدمة في الوقت الراهن.”

وهذا أخر ما جادت به سلسلة من الأبحاث العلمية التي استلهمت اشارتها من الطبيعة.

جمع البحاثة في جامعة هارفرد خصائص تجميع الماء من خنفساء صحراء ناميبيا ونباتات الصبار والبوقية لتشكيل مادة تصنع الماء من الهواء. وحول الكيميائيين في شركة جنرال الكتريك البنى النانوية في أجنحة الفراش إلى مجس للاشعة تحت الحمراء. وهذه مجرد أمثلة. تقول اونيلي” نستطيع تعلم الكثير من الخدع من الطبيعة. مثل الأسطحة الكارهة للماء التي استلهمت من أوراق اللوتس أو الأغشية الفائقة الالتصاق والتي استلهمت من اقدام الوزغات gekos.”

ترغب اونيلي وزملائها في المرحلة القادمة بتحسين أداء الأغشية من خلال معايرة حجم اللييفات النانوية وترتيبها الفراغي من أجل تعزيز بياضها. وتقول: “ نرغب بدراسة كيمياء سطح الليفات من أجل تقوية المادة بشكل أكبر بحيث نتمكن من توسيع مجالات استخداماتها. إضافة إلى ذلك نرغب بالبحث أعمق في آثار تباين الخواص: وهذا حقل لم يحظى بالاستكشاف الكافي ونرغب بفهمه أكثر ودوره في التأثير على البياض الكلي للمادة.”

https://youtu.be/dnNJq5w6Klc

المصدر:

ZME SCIENCE

Scientists invent ultra-white coating inspired by beetle scales

By: TIBI PUIU

March 13, 2018