近日，英國謝菲爾德大學的科學家們發(fā)現(xiàn)，一種超白甲蟲的鱗甲中或許隱藏著利用回收塑料制造亮白色環(huán)保涂料的秘密。白金龜甲蟲的鱗片可能是自然界中最亮麗的白色鱗甲之一。它們的超白鱗甲源于鱗片的獨特納米結(jié)構(gòu)，而與色素和染料無關(guān)。工程師們已經(jīng)能夠在實驗室里用低成本的原料重構(gòu)和改進甲蟲的鱗甲結(jié)構(gòu)，由此得到的產(chǎn)品有望替代現(xiàn)有白色涂料中的二氧化鈦。該工作由謝菲爾德大學和Akzo Nobel公司合作完成，相關(guān)成果發(fā)布于《自然通訊-化學》雜志。
白金龜甲蟲的鱗甲具有獨特的納米結(jié)構(gòu)，對光線有很強的散射作用，這使它們看起來非常亮白。
謝菲爾德大學物理與天文系的Andrew Parnell博士領(lǐng)導了這項研究。他說：“在自然界中，白度概念通常與泡沫狀的瑞士奶酪結(jié)構(gòu)有關(guān)，這種結(jié)構(gòu)由緊密相連的固體網(wǎng)絡(luò)和空氣構(gòu)成。然而直到現(xiàn)在，這些結(jié)構(gòu)的形成、發(fā)展與如何演化出的光散射特性還是一個未解之謎。在了解了這類結(jié)構(gòu)之后，我們就能用同樣的方法以塑料為原料來重構(gòu)。塑料垃圾通常會被送往焚燒廠或填埋場，但事實上它們還能發(fā)揮余熱。塑料垃圾的微觀結(jié)構(gòu)與甲蟲的鱗甲類似，可以用于制作超白涂料。用回收塑料制造環(huán)保涂料，可使涂料工業(yè)的碳足跡顯著減少，并有助于解決一次性塑料的回收問題。”
研究人員在實驗中發(fā)現(xiàn)，甲蟲鱗甲的泡沫結(jié)構(gòu)具有合適的空隙比例，對光散射效果有優(yōu)化作用，從而展現(xiàn)出超白的色澤。傳統(tǒng)的白色涂料中含有二氧化鈦納米粒子，它能強烈地散射光線。然而，每一罐涂料中近75%的碳足跡都來自二氧化鈦，其使用對環(huán)境的不利影響較大。因此，使用環(huán)保材料替代二氧化鈦具有極高的現(xiàn)實意義。
為了全面分析甲蟲鱗甲的微觀結(jié)構(gòu)，研究人員使用了歐洲同步加速器研究中心（ESRF）的X-射線斷層掃描設(shè)備。通過對鱗片的完整分析，研究人員理解并模擬了鱗甲對光線的散射機制。為了了解合成材料的形成過程，他們再次利用ESRF的設(shè)備進行了分析。謝菲爾德大學的研究人員Stephanie Burg博士說：“這項研究解答了鱗甲內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何形成的問題。我們希望這些來自大自然的經(jīng)驗能夠為環(huán)保涂料的生產(chǎn)提供幫助。”此外，研究人員還用散裂中子源設(shè)備對合成材料的納米結(jié)構(gòu)進行了測定。