Nieuwe printtechniek maakt kleurrijk schuim met alleen licht, geen inkt
Wetenschappers hebben een printtechniek ontwikkeld die met UV-licht piepkleine schuimstructuren maakt in kunststof, zonder een druppel inkt. De methode, geïnspireerd op bot en bananenschil, haalt een resolutie van zo'n 20.000 dpi en kan zelfs waterafstotende en kleurrijke oppervlakken produceren.
De techniek, deep-foam photolithography genoemd, is ontwikkeld door een internationaal onderzoeksteam en beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift Nature. In plaats van gas in een kunststof te blazen, gebruiken de onderzoekers licht om op microscopisch niveau poriën te laten ontstaan, groeien en weer inzakken. Het resultaat is een schuim waarvan de dichtheid, kleur en oppervlaktestructuur plaatselijk tot op de micrometer nauwkeurig te sturen zijn.
Schuim maken met licht in plaats van gas
Gewoon schuim - denk aan piepschuim of het schuim in een matras - ontstaat doordat gasbelletjes worden opgesloten in een polymeer. De nieuwe methode werkt anders. Een dunne kunststoffilm wordt eerst lichtgevoelig gemaakt en vervolgens blootgesteld aan diep doordringend UV-A-licht. Dat licht breekt sommige polymeerketens af en verknoopt andere, dwars door de hele dikte van de film heen.
Daarna wordt de film in een zwak oplosmiddel gedompeld. Doordat het materiaal ongelijk vocht opneemt, ontstaat inwendige spanning die piepkleine poriën laat ontstaan en uitzetten. Door dat proces vervolgens gecontroleerd te laten inzakken, ontstaat een driedimensionaal schuim met een structuur die de onderzoekers tot op de micrometer nauwkeurig kunnen sturen. Dat niveau van controle is nieuw: bestaande schuimtechnieken zijn veel grover.
De natuur als blauwdruk
Veel witte structuren in de natuur, zoals botten en de vleugelschubben van witte kevers, ontlenen hun kleur niet aan pigment maar aan de manier waarop licht verstrooit in een wanordelijke, poreuze structuur. De onderzoekers laten zien dat hun kunstmatige schuim datzelfde effect nabootst: zonder een druppel inkt ontstaan wit- en grijstinten, puur door hoe licht door de microscopische poriën kaatst.
Omdat de techniek zo nauwkeurig is, lukt het zelfs om patronen te maken die licht niet alleen verstrooien maar ook buigen, waardoor kleuren ontstaan zonder kleurstof - vergelijkbaar met het glinsteren van een cd of een vlindervleugel. Die kleuren ontstaan puur door de vorm van het materiaal.
Van waterafstotend oppervlak tot minifabriek voor druppels
De onderzoekers testten de methode ook op vezels en op meerdere soorten kunststof, van amorf tot semikristallijn. Door het inzakken van het schuim goed te sturen, ontstaan oppervlakken met een ruwheid die lijkt op een lotusblad: extreem waterafstotend, zonder dat daar een aparte coating voor nodig is. Ook slaagden de onderzoekers erin structuren te maken met een hoogte-breedteverhouding van twintig keer de breedte, iets wat met bestaande printtechnieken lastig te bereiken is.
Verder blijkt de techniek geschikt voor microfluïdica: piepkleine kanaaltjes en poriën waarin vloeistoffen en deeltjes gestuurd, gevangen of gescheiden kunnen worden, tot op de schaal van een druppel van een miljoenste liter. Dat maakt de methode interessant voor toepassingen als lab-op-een-chip-analyses, sensoren en verpakkingen die vocht moeten opnemen of juist afstoten. Omdat het proces geen inkt, mallen of dure apparatuur vereist en werkt met bestaande kunststoffen, zien de onderzoekers vooral kansen voor goedkope, schaalbare productie binnen de materiaalkunde.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Deze technologie kan industriële productie van gekleurde, waterafstotende of vloeistofsturende oppervlakken sterk vereenvoudigen, zonder inkt, mallen of zeldzame grondstoffen. Dat opent de deur naar goedkopere, duurzamere verpakkingen, sensoren en microfluïdische chips die met licht in plaats van chemicaliën worden gemaakt.
- Fotopolymeer
- Een kunststof die door blootstelling aan licht van chemische structuur verandert, bijvoorbeeld door te verknopen of af te breken.
- UV-A-licht
- Ultraviolet licht met een golflengte tussen ongeveer 315 en 400 nanometer, dat relatief diep in materialen kan doordringen.
- Polymeer
- Een molecuul opgebouwd uit lange ketens van herhalende bouwstenen; de basis van de meeste kunststoffen.
- Structurele kleur
- Kleur die niet ontstaat door pigment, maar doordat licht verstrooit of buigt in een microscopisch fijne structuur.
- Superhydrofobiciteit
- De eigenschap van een oppervlak om water sterk af te stoten, vaak dankzij een microscopisch ruw patroon zoals bij een lotusblad.
- Case II-diffusie
- Een manier waarop een oplosmiddel door een polymeer dringt, waarbij een scherp front door het materiaal trekt in plaats van geleidelijk te verspreiden.
- Microfluïdica
- De techniek waarbij vloeistoffen worden gestuurd en gemanipuleerd in kanaaltjes die dunner zijn dan een haar.
- Dpi (dots per inch)
- Een maat voor printresolutie: het aantal afzonderlijke punten dat per inch (2,54 cm) kan worden afgedrukt.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
