- 大阪大學科學家開發可持續無毒的鏡面材料。
- 新材料由果膠和纖維素製成，具高反射性能。
- 該材料在短期內可生物降解達 80%。
- 可用於節能玻璃及多種光學應用。
有機體可以創造操控光線的材料，如變色的蝴蝶翅膀或珍珠母，這一事實早已為人所知。大阪大學的科學家們不再只是重現這些自然光學現象，而是致力於開發可持續且無毒的替代品，以滿足高端產品所需的商業反射性能，這些替代品由常見植物材料製成。他們的研究發表在《先進材料》期刊上，描述了一種製造方法，該方法結合了從水果中提取的凝膠劑果膠，這種果膠常用作食品中的增稠劑，與從植物細胞壁獲得的納米級纖維素纖維相結合。
早期的合成反射塗層工作涉及使用石油衍生物和從地球中提取的礦物作為基材。儘管在使用天然生長材料如液晶方面取得了一定進展，但這些化合物並不具備允許精確控制光線的結構。自然複合材料的折射差異較低，且標準加工方法如乾燥會破壞內部結構。
新材料的製造方法
為了防止結構崩潰，主要作者春日孝明、資深作者野木雅也及其團隊設計了一種加工方法，利用無收縮的乾燥凝膠——乾膠，來建立堅固且超多孔的光學清晰網絡。科學家們使用電沉積過程沉積了 100 層交替的果膠和纖維素納米纖維。天然生物聚合物與電場的互動創造了一種交替的密集和多孔帶，具有對比鮮明的光學特性。野木表示：「這些交替層具有非常不同的光學特性，兩者之間的對比導致最終產品的極高反射率。」
光學測試證實，該複合材料在多個光波長下的反射率超過 95%，涵蓋了可見光和不可見光譜。相比之下，像寶石甲蟲的變色外殼僅能反射 30%的光。
環保特性及應用
植物基薄膜解決了傳統反射塗層和電子設備面臨的環境挑戰。研究人員通過改變聚合物基質的化學配方，發現這些天然來源的層在短短兩個月內可生物降解達 80%，符合國際工業標準。該材料的光學靈活性開啟了即時使用場景，其中可以有效作為窗戶的節能玻璃。該薄膜能反射近紅外熱輻射，並在可見光譜中保持完全透明。這種玻璃作為熱屏障，能反射陽光的熱輻射，以在炎熱時期保持室內涼爽。該材料還可用於可持續裝飾展示、光學傳感器和防偽技術。
新材料對環境影響的潛力
這項研究展示了利用植物基材料開發高性能光學產品的潛力，特別是在環保方面。隨著全球對可持續材料需求的增加，這種可生物降解的鏡面材料不僅能減少對環境的影響，還能在多個應用領域中提供有效的解決方案。其在節能玻璃和光學傳感器中的應用，顯示出這種材料在未來市場中的廣泛潛力，並可能引領新一波的綠色科技革新。