La structure des écailles de coléoptères ultra-blanches pourrait être la clé de la fabrication d'une peinture durable d'un blanc éclatant à partir de déchets plastiques recyclés, des scientifiques de l'Université de Sheffield ont découvert.

Les écailles du coléoptère Cyphochilus sont l'un des blancs les plus brillants de la nature et leur aspect ultra-blanc est créé par la nanostructure de leurs minuscules écailles, par opposition à l'utilisation de pigments ou de colorants.

Les experts ont maintenant pu recréer et améliorer cette structure en laboratoire en utilisant des matériaux à faible coût, via une technique qui pourrait être utilisée comme alternative durable au dioxyde de titane dans la peinture blanche.

Dr Andrew Parnell, du Département de physique et d'astronomie de l'Université de Sheffield, qui a dirigé la recherche, dit :« Dans le monde naturel, la blancheur est généralement créée par une mousse, Structure en forme de fromage suisse constituée d'un solide réseau interconnecté et d'air. Jusqu'à maintenant, comment ces structures se forment et se développent et comment elles ont développé des propriétés de diffusion de la lumière est restée un mystère.

"Après avoir compris ces structures, nous avons pu prendre du plastique et le structurer de la même manière. Idéalement, nous pourrions recycler les déchets plastiques qui seraient normalement brûlés ou envoyés en décharge, structurez-le comme l'écaille du scarabée, puis utilisez-le pour faire de la peinture super blanche. Cela rendrait la peinture avec une empreinte carbone beaucoup plus faible et aiderait à relever le défi du recyclage des plastiques à usage unique. »

Les résultats montrent que la structure mousseuse des écailles des coléoptères avait la bonne proportion d'espaces vides, qui optimisent la diffusion de la lumière, créant la coloration ultra-blanche.

La peinture blanche conventionnelle contient des nanoparticules de dioxyde de titane, qui diffusent très fortement la lumière. Cependant, l'utilisation de dioxyde de titane est nocive pour l'environnement car il contribue à près de 75 % de l'empreinte carbone de chaque boîte de peinture produite.

Pour mesurer les minuscules écailles individuelles des coléoptères, les chercheurs ont utilisé une technique appelée tomographie aux rayons X, qui est similaire à un scanner mais à une échelle minuscule. Les scientifiques ont utilisé les installations d'imagerie à rayons X de l'instrument ID16B de l'European Synchrotron Research Facility (ESRF) à Grenoble, La France.

La source de rayons X intense de l'ESRF a permis de mesurer des échelles entières intactes, ce qui était essentiel pour les comprendre et modéliser la façon dont ils diffusent la lumière. Pour suivre la formation de la matière synthétique, ils ont à nouveau utilisé l'ESRF pour confirmer le mécanisme de formation au fur et à mesure que la couche séchait et se structurait.

Dr Stéphanie Burg, un doctorat Un chercheur de l'Université de Sheffield a déclaré:"Cette recherche répond à des questions de longue date sur la formation réelle de la structure à l'intérieur de ces échelles et nous espérons que ces leçons de la nature aideront à éclairer l'avenir de la fabrication durable de la peinture."

L'équipe a également utilisé l'instrument Larmor à la source de neutrons de spallation ISIS, qui a mesuré la nanostructure des blancs synthétiques qu'ils ont fabriqués. C'était au Rutherford Appleton Laboratory dans l'Oxfordshire, qui fait partie du Science and Technologies Facilities Council.

Les travaux ont été réalisés en collaboration avec la société de revêtements AkzoNobel, fabricants de peinture Dulux. L'article Morphologies de séparation de phase liquide-liquide dans les écailles de coléoptères ultra-blancs et un équivalent synthétique a été publié aujourd'hui (29 août 2019) dans Nature Communications Chimie .