纤维素纳米晶制成的环保闪光剂

闪闪发光的亮片通常十分顽固。无论是学校项目剩下的亮片，还是水中的微塑料，亮片都很难降解。英国剑桥大学的研究人员发明了一种新型闪光剂，这种闪光剂不再令人头疼。这一新型闪光剂由植物材料制成，得益于对结构色的精巧设计，它和塑料制成的亮片一样闪闪发亮。不同的是，这种闪光剂不破坏环境、可生物降解，而且无毒，使用纯天然植物材料制造。（文章见：Nature Materials, doi: 10.1038/s41563-021-01135-8）。

论文的主要作者、剑桥大学Yusuf Hamied化学系的研究人员Benjamin Droguet说：“利用从植物中提取的纤维素，我们成功制造出了与自然界中动植物颜色相似的粒子。令人兴奋的是，尽管这些粒子大小不一，直径从几毫米到几十微米（约为一根头发丝的直径），但是即使是所制造出的最小粒子，色彩也非常鲜明。”

图1 图中三个小瓶含有完全相同的光子纤维素纳米晶体，溶剂分别为：水、水和乙醇的混合物，乙醇。三瓶溶液之间的颜色差异是由不同溶剂对纳米晶体结构的差异膨胀造成的，取决于水含量的不同，粒子颜色产生不同程度红移。

从实验室培养到工业生产

这种新的闪光剂的着色原理与结构颜色相同。自然界中彩虹色调都是结构颜色，比如蝴蝶的翅膀、鸟类的羽毛，其结构色彩是由于表面亚显微结构反射的光线产生干涉，从而产生了角度不同、呈现不同色彩的生动效果。

为了制造出所需的微观结构，研究人员使用了从植物材料中提取的纤维素纳米晶。这种晶体在溶剂蒸发后可以自发形成螺旋形手性向列结构。人们一直对使用纤维素纳米晶制造对环境无害的颜料抱有非常大的兴趣，但是由于纤维素纳米晶的制造却一直只能在培养皿中进行，难以进行大规模生产。

“卷轴式”生产工艺

图2 研究人员正在将纤维素纳米晶制备而成的薄膜从基材上剥离。剑桥研究小组开发了一种卷轴式（roll-to-roll）的处理方法，能使用植物材料制造出长达一米的结构彩色薄膜；这些薄膜随后可以被碾碎，以提供一种用于闪光剂、化妆品、颜料等应用中无塑料的替代品

剑桥大学的研究人员发明了一种类似于木浆造纸的方法，能够制作出一米大小的薄膜，可以调整成彩虹所含有的一系列颜色。在研究小组看来，这种被称为卷轴式的加工技术将为新型环保闪光剂打开工业应用之门。

这种卷轴式的方法首先将商用纤维素转化为液体悬浮液，然后用商用机器进行沉积、干燥、剥离和热处理。得到的薄膜可以被研磨并分类，从而制造出闪光剂和色素增强剂所需的一系列大小不同的颗粒。

生产过程能耗低，色彩保持时间久

由于这种亮片通常并非基于色素而是结构色，因此不易褪色。对这种新型闪光剂的初步测试发现，即使在水中，其颜色也能保持一年多不褪色。

研究小组报告说，除了能够减少塑料的使用，这种方法还可以降低能源成本。塑料的普通矿物替代品，如云母和二氧化钛等，需要在高温下烘烤，而新工艺则无需此道工序。

除了为生日派对和万圣节服装做装饰之外，研究人员还希望这种新的亮片能取代化妆品中的塑料。他们还建议，可以将这种这种纤维素薄膜用来制作对环境无害的油墨、颜料、饮料、标签和包装等。

Droguet说：“我们所发明的方法可以得到直径在几十微米量级的粒子，比通常节日中所用的亮片装饰物要小得多。这使得在化妆品、涂料、食品、包装等领域应用成为可能，用于取代目前在这些领域中用于制造顾客喜爱的珠光、光泽效果的钛和云母基颜料。”