Napravljena tkanina crna kao crna rupa, inspirisana perjem veličanstvene rajske ptice

Tkanina od bele merino vune, je prvo obojena polidopaminom, sintetičkim oblikom melanina, prirodnog pigmenta koji daje boju koži, kosi i očima. Zatim je ubačena u plazma komoru da bi se stvorile mikroskopske, šiljate strukture nazvane „nanofibrili“, koje veoma efikasno zarobljavaju svetlost.

Rezultat je materijal koji apsorbuje 99,87% svetlosti. „Pojedini profesori koji su dolazili dok smo radili na ovome govorili su: 'To je kao da gledate crnu rupu'“, navodi dr Larisa Šeferd, vanredna profesorka na Odeljenju za dizajn na Univerzitetu Kornel u Njujorku i glavna autorka studije o novoj tkanini, objavljenoj u časopisu Nature Communications.

Istraživači su napravili prototip haljine od ovako obojene tkanine, koja ujedno podseća na perje veličanstvene rajske ptice. Takođe su podneli zahtev za registraciju privremenog patenta za materijal.

„Trenutno radimo na nekim potencijalnim primenama koje se nadamo da ćemo uskoro objaviti, ali jedno područje u kojem sigurno vidim mogućnost sa njegovim trenutnim svojstvima je luksuzna moda“, dodaje prof. Šeferd.

Unapređenje prirode

Perje veličanstvene rajske ptice postiže svoju duboko crnu nijansu zahvaljujući barbulama bogatim melaninom, sitnim vlaknima sličnim dlačicama koje skreću svetlost ka unutra. Poznato je i da neke vrste riba i leptira imaju ovu vrstu crne boje.

U pokušaju da proizvedu tkaninu koja ima svojstva perja ove ptice, istraživači su otišli korak dalje, povećavajući ugao iz kojeg se tkanina može videti kao jako crna na oko 120 stepeni. Kako su istraživači naveli u svojoj studiji, to je poboljšanje u odnosu na perje rajske ptice, koje može izgledati svetlije ako se ne gleda direktno, kao i na postojeće jako crne tkanine.

Ključ za ugao gledanja je proces nagrizanja, koji ogrubljuje strukturu tkanine pomoću električno naelektrisanog gasa. Nepravilna vlakna koja stvara gas zarobljavaju svetlost, čineći da se ona odbija umesto da upija.

U poređenju sa postojećim crnim tekstilom, kažu istraživači, nova tkanina je prozračnija i fleksibilnija: „Želeli smo prirodni materijal“, napominje koautor studije i doktorand Univerziteta Kornel ,Hansadi Džajamaha. „Vuna nije bila naš prvi izbor – počeli smo sa svilom, ali zbog hemije između polidopamina i vune, uspeli smo da od nje napravimo najtamniji materijal.“

Još jedna prednost polidopamina je to što je njegova proizvodnja isplativija od složene mikroskopske ugljenične nanostrukture koja se koristi u „Vantableku“: „Koristimo samo vunu i polidopamin, tako da je u poređenju sa procesom proizvodnje ugljeničnih nanocevi, to jeftinije, a proces je jednostavniji“, dodaje Džajamaha, napominjući da bi buduće optimizacije mogle još više da smanje troškove.

Odeća napravljena od nove tkanine ne bi samo izgledala intenzivno crno, već bi imala i poboljšana termoregulaciona svojstva, prema rečima Kjuina Parka, takođe koautora i doktoranda Univerziteta Kornel: „Ako nosite potpuno intenzivno crnu odeću, osećali biste se normalno u zatvorenom prostoru, ali ako izađete na sunce, apsorbovali biste više svetlosti kao toplotnu energiju, što bi omogućilo da vam se telo brže zagreje“, objašnjava Park.

„Za početak, možemo da kontrolišemo koliko ćemo tog intenzivno crnog tekstila da stavimo na odevne predmeta. Tako da na primer možemo da pokrijemo samo predeo ramena ili leđa, gde se najviše znojite. U tim oblastima je u redu da vam bude toplije, jer kada jednom počnete da se znojite, to stvara ono što se naziva isparivačkim hlađenjem, veoma brz metod prenosa toplote koji se redovno koristi za sportsku odeću.“

Druge potencijalne primene uključuju kamuflažu i upotrebu za koju su intenzivno crni premazi dobri, kao što su solarni paneli, kamere i u vazduhoplovstvu, uključujući teleskope i satelite. „Intenzivno crni tekstil apsolutno ima potencijal da se koristi u ovim oblastima, ali jednostavna zamena premaza, iako ekonomičnija, ne bi bila verovatna, posebno kod solarnih panela zbog trenutnih uslova obrade“, napominje profesorka Šeferd, i dodaje da još uvek postoje izazovi koje treba rešiti kako bi se tkanina ugradila u ove sisteme.

Šira primena intenzivno crne boje

Mark Andre Majers, istaknuti profesor nauke o materijalima na Univerzitetu Kalifornije u San Dijegu, koji nije bio uključen u rad, rekao je da su autori tražili inspiraciju u jedinstvenom svojstvu perja: barbulama koje, na mikrometarskom nivou, mogu da interaguju sa svetlošću i proizvode niz boja, uključujući intenzivno crnu: „Ovo je kreativan i nov pristup od velikog značaja“, rekao je za Si-En-En.

Ravi Silva, stručnjak za istraživanje jako crnih premaza i direktor Instituta za naprednu tehnologiju na Univerzitetu u Sariju u Engleskoj, koji takođe nije učestvovao u radu, smatra da integracija intenzivno crne tehnologije u nosive uređaje najavljuje budućnost naprednih termoregulišućih tkanina i fleksibilnih solarnih interfejsa.

„Ovaj biomimetički pristup rešava inženjerski izazov činjenja supertamnih materijala dovoljno robusnim za odeću, demokratizujući pristup visokoperformansnim nanoteksturama za raznovrsne umetničke i tehničke primene.“

Otkriće da plazma tretman može da stviru strukture koje zadržavaju svetlost u vuni je veliki korak napred, prema rečima Kunijakija Amemije, istraživača u Nacionalnom institutu za naprednu industrijsku nauku i tehnologiju (AIST) u Japanu.

„Upotreba pigmenta sličnog melaninu kao crne boje takođe je bila odlična ideja“, rekao je Amemija, koji nije bio deo studije, za Si-En-En, dodajući da iako već postoje druge intenzivno crne tkanine, ova nova je skoro duplo deblja, što znači da ima mekšu teksturu.

Međutim, upozorio je da bi izlaganje vodi moglo biti problem: „I u ovoj studiji, čini se da su performanse donekle ugrožene nakon pranja“, zaključio je. „Pored toga, plazma tretman neophodan za prenošenje nanostruktura verovatno će biti prepreka za masovnu proizvodnju. Prevazilaženje ovih izazova proširilo bi opseg primene.“