Gli scienziati dell'Università di Sheffield hanno scoperto che la struttura delle squame ultra-bianche di scarabeo potrebbe essere la chiave per realizzare vernici sostenibili di colore bianco brillante, impiegando rifiuti di plastica riciclata.
Il bianco delle squame dello scarabeo Cyphochilus è tra i più luminosi in natura. Il loro aspetto ultra-bianco non è dovuto all'uso di pigmenti o coloranti, bensì alla nanostruttura delle loro piccole squame.
Gli esperti sono stati in grado di ricreare e migliorare questa struttura in laboratorio, impiegando materiali a basso costo, attraverso una tecnica che potrebbe essere utilizzata come alternativa sostenibile al biossido di titanio nella vernice bianca.
Il dott. Andrew Parnell, del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Sheffield, che ha guidato la ricerca, ha dichiarato: "Nel mondo naturale, la bianchezza è di solito creata da una struttura schiumosa, simile a un formaggio svizzero, composta da una solida rete interconnessa e da aria. Fino ad ora, rimaneva un mistero come queste strutture si formassero e come avessero sviluppato proprietà di dispersione della luce".
"Avendo compreso queste strutture, siamo stati in grado di prendere la plastica e strutturarla allo stesso modo. Idealmente, potremmo riciclare i rifiuti di plastica che normalmente verrebbero bruciati o inviati in discarica, strutturarli proprio come le squame degli scarabei e quindi usarli per creare una vernice super bianca. Ciò ridurrebbe l'impronta di carbonio delle vernici e contribuirebbe ad affrontare la sfida del riciclo delle materie plastiche monouso".
I risultati mostrano che la struttura spumosa delle squame dei coleotteri ha la giusta proporzione di spazi vuoti, i quali ottimizzano la dispersione della luce, creando la colorazione ultra-bianca.
La vernice bianca convenzionale contiene nanoparticelle di biossido di titanio, che diffondono la luce in modo molto forte. Tuttavia, l'uso di biossido di titanio è dannoso per l'ambiente in quanto contribuisce a quasi il 75% dell'impronta di carbonio di ogni latta di vernice prodotta.
Per misurare le minuscole, singole squame dello scarabeo, i ricercatori hanno usato una tecnica chiamata tomografia a raggi X, che è simile a una TAC ma su scala ridottissima. Gli scienziati hanno utilizzato lo strumento di produzione di immagini a raggi X ID16B dell'European Synchrotron Research Facility (ESRF) di Grenoble, in Francia.
L'intensa fonte di raggi X all'ESRF ha permesso di misurare le squame nella loro interezza, fattore fondamentale per comprenderle e modellare il modo in cui diffondono la luce. Per seguire la formazione del materiale sintetico, gli scienziati si sono appoggiati nuovamente all'ESRF, al fine di confermare il meccanismo di formazione quando lo strato si è asciugato e si è strutturato.
La dott.ssa Stephanie Burg, ricercatrice all'Università di Sheffield, ha dichiarato: "Questa ricerca risponde a domande di lunga data su come si forma effettivamente la struttura all'interno di queste squame e speriamo che queste lezioni dalla natura contribuiranno a ispirare il futuro della produzione sostenibile di vernice".
Il team ha anche utilizzato lo strumento Larmor presso l'ISIS Spallation Neutron Source, per la misurazione della nanostruttura dei bianchi sintetici che sono stati prodotti. Tale misurazione ha avuto luogo presso il Rutherford Appleton Laboratory nell'Oxfordshire, parte dello Science and Technologies Facilities Council.
Il lavoro è stato svolto in collaborazione con la società di rivestimenti AkzoNobel, produttrice delle vernici Dulux. L'articolo Liquid-liquid phase separation morphologies in ultra-white beetle scales and a synthetic equivalent è stato pubblicato il 29 agosto 2019 in Nature Communications Chemistry.