La struttura delle scaglie di scarabeo ultra-bianche potrebbe contenere la chiave per realizzare una vernice sostenibile bianco brillante utilizzando rifiuti di plastica riciclata, hanno scoperto gli scienziati dell'Università di Sheffield.

Le squame del coleottero Cyphochilus sono uno dei bianchi più brillanti in natura e il loro aspetto ultra-bianco è creato dalla nanostruttura nelle loro minuscole squame, in contrasto con l'uso di pigmenti o coloranti.

Gli esperti sono stati ora in grado di ricreare e migliorare questa struttura in laboratorio utilizzando materiali a basso costo, tramite una tecnica che potrebbe essere utilizzata come alternativa sostenibile al biossido di titanio nella vernice bianca.

Dott. Andrew Parnell, dal Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Sheffield, che ha condotto la ricerca, disse:"Nel mondo naturale, il candore è solitamente creato da una schiuma, Struttura simile al formaggio svizzero fatta di una solida rete interconnessa e di aria. Fino ad ora, come si formano e si sviluppano queste strutture e come si sono evolute le proprietà di diffusione della luce è rimasto un mistero.

"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 mandati in discarica, strutturalo proprio come la scala dello scarabeo e poi usalo per creare una vernice super bianca. Ciò renderebbe la vernice con un'impronta di carbonio molto più bassa e aiuterebbe ad affrontare la sfida del riciclaggio della plastica monouso".

I risultati mostrano che la struttura schiumosa delle squame dei coleotteri aveva la giusta proporzione di spazi vuoti, che ottimizzano la diffusione della luce, creando la colorazione ultra-bianca.

La vernice bianca convenzionale contiene nanoparticelle di biossido di titanio, che diffondono la luce molto forte. Però, l'uso del biossido di titanio è dannoso per l'ambiente in quanto contribuisce a quasi il 75% dell'impronta di carbonio di ogni barattolo di vernice prodotta.

Per misurare le minuscole squame dei singoli coleotteri, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata tomografia a raggi X, che è simile a una TAC ma su scala minuscola. Gli scienziati hanno utilizzato le strutture di imaging a raggi X presso lo strumento ID16B presso l'European Synchrotron Research Facility (ESRF) a Grenoble, Francia.

L'intensa sorgente di raggi X all'ESRF ha permesso di misurare intere scale intatte, che è stato fondamentale per comprenderli e modellare il modo in cui diffondono la luce. Per seguire come si è formato il materiale sintetico, hanno nuovamente utilizzato l'ESRF per confermare il meccanismo di formazione quando lo strato si è asciugato e si è strutturato.

Dott.ssa Stephanie Burg, un dottorato di ricerca ricercatore presso l'Università di Sheffield ha dichiarato:"Questa ricerca risponde a domande di vecchia data su come si forma effettivamente la struttura all'interno di queste scaglie e speriamo che queste lezioni dalla natura aiutino a informare il futuro della produzione sostenibile per le vernici".

Il team ha anche utilizzato lo strumento Larmor presso l'ISIS Spallation Neutron Source, che ha misurato la nanostruttura dei bianchi sintetici che hanno prodotto. Questo era al Rutherford Appleton Laboratory nell'Oxfordshire, parte del Science and Technologies Facilities Council.

Il lavoro è stato svolto in collaborazione con l'azienda di rivestimenti AkzoNobel, produttori di vernice Dulux. Il documento Morfologie di separazione di fase liquido-liquido in scaglie di coleottero ultra-bianche e un equivalente sintetico è stato pubblicato oggi (29 agosto 2019) in Chimica delle comunicazioni naturali .