बिना रंग के बना चमकदार सफेद पदार्थ: वैज्ञानिकों की नई खोज

प्रकृति और कला में कुछ सबसे चमकीले सफेद रंगों के पीछे कोई सफेद रंगद्रव्य (पिगमेंट) नहीं होता। जापानी चित्रकार होकुसाई की मशहूर पेंटिंग 'द ग्रेट वेव ऑफ कानागावा' में समुद्र का झाग, फ़ूजी पर्वत की बर्फ़ और बादल चमकीले सफेद इसलिए दिखते हैं क्योंकि पारंपरिक वाशी कागज़ के रेशों से रोशनी बिखरती है। वैज्ञानिक इसे 'संरचनात्मक श्वेतता' कहते हैं — यानी रंगद्रव्य नहीं, बल्कि पदार्थ की संरचना ही यह सफेदी पैदा करती है। समुद्री फुहार, बादल, बर्फ़, कुछ पौधों के ऊतक और कुछ मेंढकों के झागदार घोंसले भी इसी वजह से बेहद सफेद दिखते हैं, भले ही वे ज़्यादातर हवा से बने हों।

इसी प्राकृतिक तरकीब से प्रेरित होकर, क्योटो विश्वविद्यालय के इंस्टीट्यूट फॉर इंटीग्रेटेड सेल-मटीरियल साइंसेज़ (iCeMS) के प्रोफेसर ईसान सिवानिया के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय टीम बनी। इस टीम ने टोक्यो मेट्रोपॉलिटन यूनिवर्सिटी और चीन के डोंगहुआ यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं के साथ मिलकर काम किया। उनका लक्ष्य सफेदी और जल-प्रतिरोध के लिए व्यापक रूप से इस्तेमाल होने वाली दो चीज़ों का विकल्प खोजना था। पहला, टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2), जो पैकेजिंग, फिल्मों और कोटिंग को चमक देता है लेकिन सुरक्षा चिंताओं के चलते यूरोपीय संघ ने हाल ही में इसे खाद्य योज्य के रूप में प्रतिबंधित कर दिया। दूसरा, PFAS — वे फ्लोरिनेटेड रसायन जो पानी और तेल को दूर हटाते हैं लेकिन पर्यावरण में बने रहने और सेहत को नुकसान पहुँचाने की आशंका के चलते जांच के घेरे में हैं।

शोधकर्ताओं ने प्राकृतिक झाग और पत्तियों-फूलों की पंखुड़ियों की जल-प्रतिरोधी सतहों की नकल करने वाले सूक्ष्म-छिद्रित पदार्थ बनाए, जिस तरीके को उन्होंने 'डीप फोम फोटोलिथोग्राफी' (DFP) नाम दिया। पहले एक पॉलिमर को रोशनी में रखा जाता है, जिससे वह छोटे टुकड़ों में टूट जाता है; फिर एक हल्के विलायक से इन टुकड़ों का उपचार किया जाता है, जिससे पॉलिमर फूल जाता है और सूक्ष्म छिद्रों का जाल बन जाता है। यह एक ही प्रक्रिया पदार्थ को दो गुण देती है: छिद्र रोशनी को इतनी प्रभावी ढंग से बिखेरते हैं कि बिना किसी रंगद्रव्य के भी यह गहरा सफेद दिखता है, जबकि इसकी खुरदरी सतह कमल के पत्ते की तरह पानी को दूर हटाती है।

डोंगहुआ यूनिवर्सिटी के टेक्सटाइल शोधकर्ताओं के साथ मिलकर टीम ने दिखाया कि DFP सिर्फ पॉलिमर फिल्मों पर ही नहीं, कपड़ों पर भी काम करता है। इसके लिए पहले से बाज़ार में मौजूद पॉलिमर ही काफी हैं, किसी नए विशेष रसायन की ज़रूरत नहीं पड़ती। टोक्यो मेट्रोपॉलिटन यूनिवर्सिटी के एसोसिएट प्रोफेसर ताइकी यानागिशिमा ने इस बारे में बताया। उनके अनुसार, बायोमिमेटिक साइंस (प्रकृति से प्रेरित डिज़ाइन बनाने वाला विज्ञान) की सबसे बड़ी चुनौती यही है कि प्रकृति से प्रेरित, पर्यावरण-अनुकूल डिज़ाइन को मौजूदा पदार्थों जितने ही पैमाने और लागत पर बनाया जाए। इस तरीके से बने प्रिंट करने योग्य पदार्थ 20,000 DPI तक का रिज़ॉल्यूशन हासिल कर सकते हैं, और टाइटेनियम डाइऑक्साइड या PFAS के बिना ही संरचनात्मक श्वेतता को जल-प्रतिरोधी क्षमता के साथ जोड़ते हैं।