En 2014 se hacía famoso un pigmento negro, el Vantablack, por su capacidad para absorber el 99,96 % de la luz que recibe. Una sustancia así tiene aplicaciones evidentes en exploración espacial y militares. Su capacidad para absorber la luz no se debe a su composición química como tal, carbono, sino a su estructura, nanotubos de carbono. Y es que es la estructura lo que determina muchas de las propiedades ópticas de los materiales.
Ahora, un equipo de investigadores encabezado por Matti Tiavonen, de la Universidad Aalto (Finlandia), ha desarrollado un recubrimiento extremadamente delgado, ligero y, sobre todo, brillantemente ultrablanco que podría tener aplicación comercial en productos farmacéuticos y alimentarios, además de la evidente en pinturas y barnices.
El material, que es 20 veces más blanco que el papel blanco, está hecho de celulosa comestible no tóxica. Logra esta blancura excepcional, al igual que el pigmento negro, no por su composición como tal sino porque se hace que la celulosa imite la estructura de las escamas ultradelgadas de ciertos tipos de escarabajos.
Los colores brillantes generalmente se producen utilizando pigmentos, que absorben ciertas longitudes de onda de la luz y reflejan otras, que nuestros ojos perciben como el color. Para que nos parezca blanco, sin embargo, todas las longitudes de onda de la luz deben reflejarse con la misma eficacia. La mayoría de los productos blancos disponibles comercialmente, como cremas solares, cosméticos y pinturas, incorporan partículas altamente refractivas (generalmente dióxido de titanio u óxido de zinc) para reflejar la luz de manera eficiente. Estos materiales, si bien se consideran seguros, no son totalmente sostenibles o biocompatibles.
En la naturaleza, el escarabajo Cyphochilus, que es originario del sudeste asiático, produce su coloración ultra blanca no a través de pigmentos, sino explotando la geometría de una densa red de quitina, una molécula que también se encuentra en las conchas de los moluscos, los exoesqueletos de insectos y las paredes celulares de hongos. La quitina tiene una estructura que dispersa la luz de manera extremadamente eficiente, dando como resultado revestimientos ultra blancos que son muy delgados y ligeros.
En los casos de los colores de las mariposas o de los ópalos los colores brillantes también se obtienen estructuralmente. A diferencia de estos colores, que responden a patrones concretos en la estructura, el blanco solo se consigue con estructuras lo más aletorias posible.
Los investigadores han imitado la estructura de la quitina usando celulosa, que no es tóxica, es abundante, resistente y biocompatible. Utilizando pequeños filamentos de celulosa, o nanofibrillas de celulosa, lograron primero el mismo efecto ultra-blanco en una membrana flexible. Después, mediante el uso de una combinación de nanofibrillas de diferentes diámetros, los químicos pudieron ajustar la opacidad y, por lo tanto, la blancura del material final. Las membranas hechas de las fibras más delgadas eran más transparentes, mientras que la adición de fibras medias y gruesas daba como resultado una membrana más opaca. De esta manera, los investigadores pudieron ajustar la geometría de las nanofibras para que reflejaran la mayor cantidad de luz.
Al igual que las escamas de los escarabajos, las membranas de celulosa son extremadamente delgadas: solo unas pocas micras (millonésimas de metro) de grosor, aunque los investigadores dicen que se podrían producir membranas incluso más delgadas optimizando aún más su proceso de fabricación. Las membranas dispersan la luz de 20 a 30 veces más eficientemente que el papel, y podrían usarse para producir los materiales blancos brillantes, sostenibles y biocompatibles eficientes de la siguiente generación.
Referencia:
Matti S. Toivonen et al (2018) Anomalous-Diffusion-Assisted Brightness in White Cellulose Nanofibril Membranes Advanced Materials doi: 10.1002/adma.201704050
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next
