这种效应被称为结构白。它不依赖有色物质，而是源于材料微观结构与光相互作用的方式。
同样的基本现象在自然界中随处可见。海浪飞沫、云朵和积雪看起来都呈现出强烈的白色，因为它们的结构能极高效地散射可见光。类似的效应也存在于植物组织，甚至某些青蛙制造的泡沫状保护巢中。在许多情况下，这些结构主要由空气组成，却能在没有任何色素的情况下产生醒目的白色。
这一自然策略启发了由京都大学物质-细胞综合科学研究所（iCeMS）Easan Sivaniah教授领导的国际团队，该团队与东京都立大学和东华大学的研究人员合作。他们的目标是创建一个新的泡沫基材料平台，以应对常用材料面临的两大挑战。
二氧化钛和PFAS的替代品
白色包装、薄膜和涂层通常依赖二氧化钛（TiO2）来提供亮度和不透明度。然而，出于安全担忧，欧盟最近禁止将二氧化钛作为食品添加剂。
另一类广泛使用的化学品被称为PFAS，有助于材料排斥水和油。这些氟化物质正受到日益严格的审查，因为它们可在环境中持久存在，并可能带来环境和健康风险。这些担忧加剧了全球范围内寻找替代品的努力。
研究人员通过关注物理结构而非添加化学物质来解决这两个问题。他们设计了精心控制的多孔材料，模仿天然泡沫散射光的方式，同时从叶子和花瓣上的拒水表面汲取灵感。
东京都立大学的副教授Taiki Yanagishima表示：“仿生科学面临的一个关键挑战是，如何在现有材料的规模和成本水平上，实现受自然启发的环保材料设计。”
光和温和溶剂制造泡沫
制造方法相对简单。首先，将聚合物暴露在光照下。光将聚合物分解成更小的分子片段。然后使用温和溶剂处理材料，该溶剂与这些片段相互作用，导致聚合物溶胀。
随着材料膨胀，它形成了微观孔隙的开放网络。这一单一的转化赋予了材料两种有用的特性。
在材料内部，多孔结构如此高效地散射光线，以至于在没有任何添加色素的情况下呈现出强烈的白色。在表面，泡沫形成了极度粗糙的纹理，能够强力排斥水，就像荷叶表面一样。
该团队将这一过程称为深泡沫光刻（DFP）。
从聚合物薄膜到织物
通过与东华大学（中国领先的纺织科学与工程学府之一）的纺织研究人员合作，研究人员表明该方法不仅适用于可印刷聚合物薄膜，还可以应用于织物。
另一个优势是该工艺不依赖于开发全新的特种化学品。研究人员已经利用几种市售聚合物演示了DFP。
由此产生的可印刷材料平台可以实现超高分辨率（20,000 DPI）。同时，它在不含二氧化钛和PFAS的情况下，将结构白与水管理功能结合在一起。
将功能构建于材料本身
这种方法可以为更轻的材料创造新机遇，同时减少对矿物颜料和持久性氟化化学品的依赖。
研究人员并非通过添加颜料来产生颜色，或施加持久性化学涂层来控制表面与水的相互作用，而是将这些特性直接构建到材料的物理结构中。
通过利用微观结构控制光和水，该技术为设计日常材料提供了一种根本不同且可能更具可持续性的方法。材料不再主要依赖化学，而是通过自身的结构来提供所需的功能。