用木头制造五颜六色的闪光

科学家们对木材的一种成分特别感兴趣;纤维素。在纳米尺度上，这种材料具有令人难以置信的特性，包括以某种方式弯曲光线，从而产生令人惊叹的颜色。这些微小的碎片被称为纳米晶体，亚科波·鲁索去拜访了剑桥大学化学系的西尔维娅·维尼尼，亲眼看看他们是如何使用纳米纤维素制造闪光剂和化妆品颜料的……

西尔维娅:我们对纤维素很感兴趣，因为它和木质素是两种结构成分之一，而木质素是一种具有无定形结构的聚合物，而纤维素具有结晶结构。它的结晶度也保留了木材原有的纤维状结构。这种晶体结构，对光学响应很重要因为它产生了所谓的双折射，但它与光的相互作用方式或者双折射意味着光在结构内部可以以不同的速度传播而以不同的速度传播就是我们观察到的结构着色的原因。

Iacopo -我们正在看一个通风柜，里面有一些液体，一个磁铁在旋转以混合它。我在看什么?

西尔维娅:你现在看到的是我们在纤维素纳米晶体的教学过程中必须要做的一个过程。因为纤维素是无法合成的，只能从自然资源中提取。我们并没有完全溶解纤维素的结构，但是你只去除非晶部分，直到我们得到纳米晶体部分。

亚科波:那么一旦我们得到了禁赛，它会怎么样呢?

西尔维娅-它可以直接用作打印机的油墨。我们可以用它来制造更大的纤维素纳米晶体层压板，我们可以用它来制造其他类型的颜料。这是我们很多实验的起始材料。

有样品让我看看吗?

西尔维娅:是的。我们去光学实验室吧。

我们刚刚打断了一个实验。房间里一片漆黑，我正走进光学实验室。纳米晶体一旦沉积到衬底上会发生什么?

西尔维娅:悬浮液中有纳米晶体，根据悬浮液的浓度，相互作用会发生变化。如果是很稀的悬浮液它们就不会相互作用。一旦你增加浓度，一旦你迫使它们相互作用，减少水的体积，然后你就会形成一个螺旋状的扭曲，这些不同的方向就是产生颜色的原因。

亚柯:好吧。让我们看一些样品。

西尔维娅:我想给你看一个漂亮的，即使观众看不见，但你可以看到。这是一种非常金属的颜色，你认为纤维素也是一样的。

依我们看的角度不同，我可以看到彩虹的所有颜色。

西尔维娅-这本质上就是所谓的彩虹。你所观察的角度的颜色变化函数。这是结构色彩的一种特征。然后我们把它做成一个非常大的卷，然后把它沉积下来，然后简单地研磨。

Iacopo -看起来像亮片。

西尔维娅:看起来像亮片。根据尺寸的不同，它们越大，就越闪闪发光。

亚柯:好吧。这就是液体里的亮绿色和蓝色。但我也能看到一些玻璃碎片，上面有一种闪闪发光的物质。有些是红色的。

西尔维娅:本质上，它和你在小瓶里看到的是一样的，但它们是在基板上喷涂的。

Iacopo -它看起来像一个充满了不同颜色的星星的天空。

西尔维娅:然后这里，这个是多色的，但是其他的也是单色的。你看它们都是绿色的。

Iacopo——这一切都与纤维素如何在纳米尺度上以不同的结构排列有关，这是一个非常小的尺度。

西尔维娅:没错。架构总是一样的。这种螺旋结构与纤维素的双折射相结合，与光相互作用并获得颜色。然后你可以通过改变悬挂的一些特性来改变颜色。例如，加入盐，你可以调整颜色，当你研磨它时，你可以调整颗粒的大小，然后你有不同类型的效果，看起来更均匀，或者看起来更像闪闪发光。

Iacopo -那么用纤维素代替目前使用的颜料材料的最大优势是什么?

西尔维娅:主要的优点是，你可以从地球上最丰富的聚合物开始。事实上，它是一种可食用的生物相容性，当你把它分散在环境中时，它对不同的物种具有很低的毒性或无毒性。便利性只是试图拥有更可持续的组件。