Учёные создали ярко-белый материал без единой капли белого пигмента

Если присмотреться к «Большой волне в Канагаве» Хокусая — одному из самых известных произведений японского искусства, — кажется, что яркие белые участки почти нарисованы краской. Однако ни в белой пене волн, ни в снеге на вершине Фудзи, ни в облаках на небе белого пигмента нет вообще. Их яркость возникает из-за рассеяния света на обнажённых волокнах традиционной бумаги васи.

Этот эффект называется структурной белизной. Вместо окрашенного вещества она возникает из того, как микроскопическая структура материала взаимодействует со светом.

То же базовое явление встречается повсюду в природе. Морские брызги, облака и снег выглядят интенсивно белыми, потому что их структуры исключительно эффективно рассеивают видимый свет. Похожие эффекты обнаруживаются в тканях растений и даже в пенных защитных гнёздах, которые строят некоторые лягушки. Во многих случаях эти структуры состоят в основном из воздуха, но при этом дают яркую белизну без какого-либо пигмента.

Эта природная стратегия вдохновила международную команду под руководством профессора Исана Сиваниа из Института интегрированных клеточно-материальных наук (iCeMS) Киотского университета, работавшую совместно с исследователями из Токийского столичного университета и Университета Дунхуа. Их целью было создать новую платформу материалов на основе пены, способную ответить на две крупные проблемы широко используемых материалов.

Белая упаковка, плёнки и покрытия часто зависят от диоксида титана (TiO2), который обеспечивает и яркость, и непрозрачность. Однако опасения по безопасности недавно побудили Европейский союз запретить диоксид титана как пищевую добавку.

Другая широко используемая группа химикатов, известная как PFAS, помогает материалам отталкивать воду и масло. Эти фторированные вещества всё чаще оказываются под пристальным вниманием, поскольку могут сохраняться в окружающей среде и представлять экологические и медицинские риски. Эти опасения усилили поиск альтернатив по всему миру.

Исследователи подошли к обеим проблемам, сосредоточившись на физической структуре, а не на добавляемых химикатах. Они создали тщательно контролируемые пористые материалы, имитирующие способ, которым природные пены рассеивают свет, и одновременно заимствующие идею у водоотталкивающих поверхностей листьев и лепестков цветов.

«Ключевая проблема биомиметической науки — реализовать экологически чистые дизайны материалов, вдохновлённые природой, в масштабе и при себестоимости существующих материалов», — сказал доцент Тайки Янагисима из Токийского столичного университета.

Метод изготовления относительно прост. Сначала полимер облучают светом. Этот свет разрубает полимер на более мелкие молекулярные фрагменты. Затем материал обрабатывают мягким растворителем, который взаимодействует с этими фрагментами и вызывает вспучивание полимера.

По мере расширения материал формирует открытую сеть микроскопических пор. Это единственное преобразование даёт материалу два полезных свойства.

Внутри материала пористая структура рассеивает свет настолько эффективно, что он выглядит интенсивно белым без всякого добавленного пигмента. На поверхности пена приобретает крайне шероховатую текстуру, которая сильно отталкивает воду — подобно поверхности листа лотоса.

Команда называет этот процесс Deep Foam Photolithography (DFP) — глубокой пенной фотолитографией.

В сотрудничестве с текстильными исследователями из Университета Дунхуа — одного из ведущих китайских институтов в области текстильной науки и инженерии — исследователи показали, что метод работает не только на печатаемых полимерных плёнках. Его можно применять и к тканям.

Ещё одно преимущество состоит в том, что процесс не зависит от разработки совершенно новых специальных химикатов. Исследователи уже продемонстрировали DFP на нескольких коммерчески доступных полимерах.

Полученная платформа печатаемых материалов может достигать сверхвысокого разрешения в 20 000 DPI. При этом она сочетает структурную белизну с функцией управления водой — без диоксида титана и без PFAS.

Подход может открыть возможности для более лёгких материалов, снижая зависимость от добываемых минеральных пигментов и персистентных фторированных химикатов.

Вместо добавления пигментов для получения цвета или нанесения персистентных химических покрытий для управления взаимодействием поверхности с водой исследователи встраивают эти свойства непосредственно в физическую структуру материала.

Используя микроскопическую архитектуру для управления светом и водой, технология предлагает принципиально иной и потенциально более устойчивый подход к дизайну повседневных материалов: вместо опоры прежде всего на химию сам материал структурирован так, чтобы обеспечивать нужную функцию.

Статья группы — первый автор Detao Qin, всего 16 авторов — опубликована в журнале Nature в 2026 году под названием «Foaming photopolymers as a high-resolution biomimetic printing platform» (DOI: 10.1038/s41586-026-10968-9).