一滴白色颜料都不用：京都大学做出"靠结构发白"的泡沫材料

看葛饰北斋的《神奈川冲浪里》，画面上那片亮白并不是白颜料画出来的。和纸未被印刷的纤维自身散射光线，白就出现了。雪、云、海浪的泡沫、某些蛙类筑的泡沫巢，用的是同一套把戏：结构白（structural whiteness），靠微观结构散射可见光，不含任何白色物质。

京都大学物质—细胞统合系统据点（iCeMS）的 Easan Sivaniah 教授领衔，联合东京都立大学与东华大学，把这套把戏做成了可加工的工程材料，成果发表在 Nature。

图1：光照断链 + 温和溶剂溶胀，长出开放孔网络

为什么要换掉二氧化钛和 PFAS

白色包装、薄膜和涂料长期依赖二氧化钛（TiO₂）提供白度与遮盖力。出于安全考虑，欧盟已经禁止把二氧化钛用作食品添加剂。另一类常用物质是 PFAS，含氟化合物，用来做防水防油，因其环境持久性和潜在健康风险正被全球性地重新审视。

两类物质各自牵着一个产业问题。团队的做法是用物理结构同时解决两个问题：孔结构负责白，表面粗糙负责拒水。

工艺本身不复杂

方法叫深度泡沫光刻（Deep Foam Photolithography，DFP）。第一步用光照射聚合物，让分子链断成较短的片段；第二步用温和溶剂处理，溶剂与这些短链相互作用，使聚合物溶胀，形成开放的微孔网络。

同一个结构带来两种功能：内部微孔把可见光散射得足够充分，材料看上去就是高白度的；表面则形成极粗糙的 texture，像荷叶一样把水弹开。

图2：靠颜料吸收反射 vs 靠孔结构散射

能用在什么基底上

团队与东华大学的纺织研究者合作，证明 DFP 不只适用于可印刷的聚合物薄膜，也能上织物。另一个实用优势是它不需要开发全新的专用化学品——已经在多种商用聚合物上做过演示。

分辨率指标是 20000 DPI，这个量级足以支持衍射色与灰阶印刷，也就是说结构上能出白，也能出图案。

东京都立大学的 Taiki Yanagishima 副教授提到，仿生科学面临的关键挑战，是让受自然启发的环境友好设计达到现有材料的规模与成本。DFP 用现成聚合物、光照加溶剂两步，算是朝这个方向挪了一步。

没有回答的问题

公开信息里没有机械耐久性、长期稳定性、规模化成本对比的数据。材料要真正替代二氧化钛，这几项是绕不过去的。目前能确认的是原理成立、在两类基底上可行、分辨率够高。

[关联推荐]

• 把器件倾斜 0.3 度，光的转换效率涨了 7.2 万倍 — 几何结构如何改写光学表现
• 金刚石能发电了：超薄柔性金刚石膜打破对称性禁忌 — 薄膜材料的另一条路
• 动物吃大自然的生物塑料好几亿年了 — 自然界早已存在的可持续材料方案

来源：Nature（DOI 10.1038/s41586-026-10968-9）；京都大学 iCeMS、东京都立大学、东华大学