色ではなく、構造で白くする 自然に学んだ、白さと撥水性を生み出す新しい材料技術

2026-09-10 京都大学アイセムス

京都大学アイセムスの研究チームは、二酸化チタン(TiO₂)顔料やPFAS系コーティングを使わず、材料の微細な発泡構造によって白色化と撥水性を同時に実現する「Deep Foam Photolithography(DFP)」を開発した。自然界の雪や雲、植物繊維などが微細構造によって光を散乱して白く見える仕組みに着想を得た技術で、光照射と弱溶剤処理によってポリマー内部に多孔質構造を形成する。この構造が光を効率よく散乱することで高い白色度を生み出し、さらに表面に形成される微細な凹凸によってハスの葉のような高い撥水性も得られる。20,000 DPIの超高解像度で構造を形成でき、印刷材料としての利用も実証された。また、市販の複数のポリマーを利用でき、フィルムだけでなく繊維・布地にも適用可能であることを確認した。顔料や残留性の高いフッ素系化学物質を追加するのではなく、材料の構造そのものによって光学特性と表面機能を発現させる材料設計であり、包装、印刷、繊維などへの応用が期待される。

色ではなく、構造で白くする 自然に学んだ、白さと撥水性を生み出す新しい材料技術
DFP技術により制作された伝統的な障子。© Claudia Rosa

<関連情報>

発泡性光重合体を用いた高解像度生体模倣印刷プラットフォーム Foaming photopolymers as a high-resolution biomimetic printing platform

Detao Qin, Xianghui Liu, Baian Kuang, Yuzhe Zhang, Masateru Ito, Tatsuya Katsuno, Yuan Liu, Jianduo Zhang, Claudia Rosa, Meifang Zhu, Mikihito Takenaka, Hiroshi Imahori, Ganesh N. Pandian, Taiki Yanagishima & Easan Sivaniah
Nature  Published:09 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-10968-9

Abstract

Nature creates a diverse range of foam-like materials, from bones to banana peels, through a rich orchestration of physical and biochemical processes across hierarchical length scales1. Here, we introduce deep-foam photolithography, a spatially controlled, light-induced foaming process in which a photosensitized polymer film is exposed to deeply penetrating UV-A light, which initiates the production of both scission and crosslinked polymers throughout the depth of the film. Hypotonically driven case II permeation2 of a weak solvent triggers pore nucleation, expansion and a controllable viscoelastic collapse to create foams through a localized solubilization of polymer fragments within a crosslinked network. The resemblance to amorphous structural whites in nature enables inkless printing in white and greyscale; the resolution is high enough (about 20,000 dots per inch) to generate diffractive colour. This uniquely allows the printing of mechanically expanded and collapsed foams with high aspect ratios (20×); controlled collapse creates hierarchically rough surfaces with lotus-like super-hydrophobicity. Deep-foam photolithography is applied to both films and fibres, using a range of amorphous and semi-crystalline polymeric materials. Patterning μm-level spatial differences in foamability, wettability, optical properties and local thickness enables high-resolution printing, microfluidics and picolitre capture of liquids and colloidal matter.

0603繊維加工
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