- นักวิทยาศาสตร์จาก Osaka University พัฒนาวัสดุสะท้อนแสงที่ยั่งยืนและปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม
- วัสดุใหม่ทำจากเจลาตินและเซลลูโลส มีประสิทธิภาพการสะท้อนแสงสูง
- วัสดุดังกล่าวสามารถย่อยสลายได้ถึง 80% ในระยะเวลาอันสั้น
- สามารถใช้ในกระจกประหยัดพลังงานและการใช้งานทางแสงหลายประเภท
สิ่งมีชีวิตสามารถสร้างวัสดุที่ควบคุมแสงได้ เช่น ปีกผีเสื้อที่เปลี่ยนสีหรือมุก ซึ่งเป็นที่รู้กันดีอยู่แล้ว นักวิทยาศาสตร์จาก Osaka University ไม่ได้เพียงแค่ทำซ้ำปรากฏการณ์ทางแสงในธรรมชาติ แต่ยังมุ่งมั่นที่จะพัฒนาทางเลือกที่ยั่งยืนและปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม เพื่อตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพการสะท้อนแสงในผลิตภัณฑ์ระดับสูง โดยวัสดุเหล่านี้ทำจากพืชที่พบได้ทั่วไป การศึกษาของพวกเขาถูกเผยแพร่ในวารสาร Advanced Materials โดยอธิบายถึงวิธีการผลิตที่รวมเจลาตินที่สกัดจากผลไม้ ซึ่งมักใช้เป็นสารหนืดในอาหาร กับเส้นใยเซลลูโลสในระดับนาโนที่ได้จากผนังเซลล์พืช
การทำงานเกี่ยวกับการเคลือบสะท้อนแสงสังเคราะห์ในช่วงแรกเกี่ยวข้องกับการใช้ผลิตภัณฑ์จากน้ำมันและแร่ธาตุที่สกัดจากโลกเป็นวัสดุพื้นฐาน แม้ว่าจะมีความก้าวหน้าในการใช้วัสดุที่เติบโตตามธรรมชาติ เช่น ของเหลวผลึก แต่สารประกอบเหล่านี้ไม่มีโครงสร้างที่อนุญาตให้ควบคุมแสงได้อย่างแม่นยำ วัสดุผสมจากธรรมชาติมีความแตกต่างในการหักเหแสงที่ต่ำ และวิธีการแปรรูปมาตรฐาน เช่น การอบแห้ง จะทำลายโครงสร้างภายใน
วิธีการผลิตวัสดุใหม่
เพื่อป้องกันการพังทลายของโครงสร้าง ผู้เขียนหลัก Takaki Kasuga, ผู้เขียนอาวุโส Masaya Nogi และทีมงานได้ออกแบบวิธีการแปรรูปที่ใช้เจลแห้งที่ไม่มีการหดตัวในการสร้างเครือข่ายแสงที่แข็งแรงและมีรูพรุนสูง นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กระบวนการเคลือบด้วยไฟฟ้าในการเคลือบเจลาตินและเส้นใยเซลลูโลสในระดับนาโนที่สลับกัน 100 ชั้น การโต้ตอบระหว่างพอลิเมอร์ชีวภาพกับสนามไฟฟ้าสร้างแถบที่มีความหนาแน่นและมีรูพรุนสลับกัน ซึ่งมีคุณสมบัติทางแสงที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน Nogi กล่าวไว้ว่า "ชั้นที่สลับกันเหล่านี้มีคุณสมบัติทางแสงที่แตกต่างกันมาก ความแตกต่างระหว่างทั้งสองทำให้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีอัตราการสะท้อนแสงที่สูงมาก"
การทดสอบทางแสงยืนยันว่าวัสดุผสมนี้มีอัตราการสะท้อนแสงมากกว่า 95% ในหลายช่วงคลื่นแสง รวมถึงแสงที่มองเห็นและแสงที่มองไม่เห็น ในขณะที่เปลือกของแมลงอัญมณีสามารถสะท้อนแสงได้เพียง 30%
คุณสมบัติด้านสิ่งแวดล้อมและการใช้งาน
ฟิล์มที่ทำจากพืชช่วยแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เผชิญกับการเคลือบสะท้อนแสงแบบดั้งเดิมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นักวิจัยพบว่าการเปลี่ยนสูตรเคมีของพอลิเมอร์พื้นฐานทำให้ชั้นที่มีแหล่งที่มาจากธรรมชาติเหล่านี้สามารถย่อยสลายได้ถึง 80% ในเวลาเพียงสองเดือน ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานอุตสาหกรรมระดับสากล ความยืดหยุ่นทางแสงของวัสดุนี้เปิดโอกาสให้มีการใช้งานทันที ซึ่งสามารถใช้เป็นกระจกประหยัดพลังงานได้ ฟิล์มนี้สามารถสะท้อนรังสีความร้อนในช่วงใกล้อินฟราเรด และยังคงโปร่งใสในช่วงแสงที่มองเห็น วัสดุนี้ทำหน้าที่เป็นฉนวนความร้อน สามารถสะท้อนรังสีความร้อนจากแสงแดดเพื่อรักษาความเย็นภายในในช่วงเวลาที่อากาศร้อน นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในงานตกแต่งที่ยั่งยืน เซ็นเซอร์ทางแสง และเทคโนโลยีป้องกันการปลอมแปลง
ศักยภาพของวัสดุใหม่ต่อผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ทางแสงที่มีประสิทธิภาพสูงจากวัสดุที่มาจากพืช โดยเฉพาะในด้านสิ่งแวดล้อม เมื่อความต้องการวัสดุที่ยั่งยืนเพิ่มขึ้นทั่วโลก วัสดุสะท้อนแสงที่ย่อยสลายได้นี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม แต่ยังสามารถให้โซลูชันที่มีประสิทธิภาพในหลายด้าน การใช้งานในกระจกประหยัดพลังงานและเซ็นเซอร์ทางแสงแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่กว้างขวางของวัสดุนี้ในตลาดในอนาคต และอาจนำไปสู่นวัตกรรมเทคโนโลยีสีเขียวในระลอกใหม่