De structuur van ultrawitte keverschubben zou de sleutel kunnen zijn tot het maken van helderwitte duurzame verf met gerecycled plastic afval, hebben wetenschappers van de Universiteit van Sheffield ontdekt.

Cyphochilus-keverschubben zijn een van de helderste blanken in de natuur en hun ultrawitte uiterlijk wordt gecreëerd door de nanostructuur in hun kleine schubben, in tegenstelling tot het gebruik van pigment of kleurstoffen.

Experts hebben deze structuur nu in het laboratorium kunnen nabootsen en verbeteren met behulp van goedkope materialen - via een techniek die zou kunnen worden gebruikt als een duurzaam alternatief voor titaniumdioxide in witte verf.

Dr. Andrew Parnell, van de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van de Universiteit van Sheffield, die het onderzoek leidde, zei:"In de natuurlijke wereld, witheid wordt meestal gecreëerd door een schuimige, Zwitserse kaasachtige structuur gemaakt van een solide onderling verbonden netwerk en lucht. Tot nu, hoe deze structuren zich vormen en ontwikkelen en hoe ze lichtverstrooiende eigenschappen hebben ontwikkeld, is een mysterie gebleven.

"Nadat we deze structuren hadden begrepen, waren we in staat om plastic te nemen en het op dezelfde manier te structureren. we zouden plastic afval kunnen recyclen dat normaal zou worden verbrand of naar de vuilstort zou worden gestuurd, structuur het net als de keverschaal en gebruik het dan om superwitte verf te maken. Dit zou verf met een veel lagere ecologische voetafdruk maken en de uitdaging van het recyclen van plastic voor eenmalig gebruik helpen aangaan."

De bevindingen tonen aan dat de schuimige structuur van de schubben van de kevers de juiste verhouding van lege ruimtes had, die de verstrooiing van licht optimaliseren, waardoor de ultrawitte kleur ontstaat.

Conventionele witte verf bevat nanodeeltjes titaniumdioxide, die het licht zeer sterk verstrooien. Echter, het gebruik van titaandioxide is schadelijk voor het milieu, aangezien het bijdraagt ​​aan bijna 75 procent van de ecologische voetafdruk van elk blikje verf dat wordt geproduceerd.

Om de kleine individuele keverschubben te meten, onderzoekers gebruikten een techniek genaamd röntgentomografie, die vergelijkbaar is met een CT-scan, maar op een minuscule schaal. De wetenschappers gebruikten de röntgenbeeldvormingsfaciliteiten van het instrument ID16B bij de European Synchrotron Research Facility (ESRF) in Grenoble, Frankrijk.

De intense röntgenbron bij de ESRF betekende dat hele intacte schalen konden worden gemeten, wat cruciaal was om ze te begrijpen en te modelleren hoe ze licht verstrooien. Om te volgen hoe het synthetische materiaal is gevormd, ze gebruikten opnieuw de ESRF om het vormingsmechanisme te bevestigen toen de laag opdroogde en gestructureerd werd.

Dr. Stephanie Burg, een doctoraat onderzoeker aan de Universiteit van Sheffield zei:"Dit onderzoek geeft antwoord op al lang bestaande vragen over hoe de structuur in deze schalen zich daadwerkelijk vormt en we hopen dat deze lessen uit de natuur de toekomst van duurzame productie van verf zullen helpen bepalen."

Het team gebruikte ook het instrument Larmor bij de ISIS Spallation Neutron Source, die de nanostructuur heeft gemeten van de synthetische blanken die ze maakten. Dit was in het Rutherford Appleton Laboratory in Oxfordshire, onderdeel van de Science and Technologies Facilities Council.

De werkzaamheden zijn uitgevoerd in samenwerking met het coatingsbedrijf AkzoNobel, makers van Dulux verf. Het artikel Vloeistof-vloeibare fasescheidingsmorfologieën in ultrawitte keverschubben en een synthetisch equivalent is vandaag (29 augustus 2019) gepubliceerd in Natuur Communicatie Chemie .