News: Schmetterlings-Blau
In allen Farben schillernde Schmetterlingsflügel sind ein schöner Anblick, den sich so mancher Autobesitzer vermutlich auch für seinen fahrbaren Untersatz wünscht. Neuesten Forschungsergebnissen zufolge muss der Traum von der Schmutz abweisenden Sonderlackierung nicht vergebens sein.
© (Ausschnitt)
Der tropische Schmetterling Morpho sulkowskyi tarnt sich durch seine irisierend blauen Flügel, die vor dem Hintergrund eines strahlend blauen Himmels wie eine Lichtspiegelung erscheinen. Doch außer ihrer Brillanz haben die Schmetterlingsflügel noch mehr zu bieten: Sie sind selbstreinigend.
Eine derart brillante Farbe, die nie schmutzig wird und dazu noch umweltfreundlich ist, hat natürlich auch für den Menschen ihre Reize – nicht als Tarnung, sondern für dekorative Zwecke, etwa in Lacken und Anstrichstoffen. Forscher um Osamu Sato von der Kanagawa Academy of Science and Technology konnten nun zeigen, dass dies kein frommer Wunsch bleiben muss.
Denn das Geheimnis der Schmetterlingsflügel ist ihre spezielle Oberflächenstruktur aus hoch geordneten mikroskopisch kleinen Schüppchen. Im Gegensatz zu konventionellen Farben entsteht das Schmetterlings-Blau nicht aufgrund von Lichtabsorption durch Pigmente, sondern aufgrund von Brechung und Streuung des Lichtes an der Schüppchen-Struktur. Dieses Phänomen wird als strukturelle Farbgebung bezeichnet und ist typisch für mikroskopisch löchrig-luftige Materialien – so genannte photonische Kristalle.
Die luftgefüllten Hohlräume innerhalb dieser strukturierten Oberfläche sind auch für die Selbstreinigung verantwortlich. Da sich dieses Phänomen besonders schön an den Blättern der Lotusblume (Nelumbo nucifera) beobachten lässt, sprechen Wissenschaftler auch von Lotus-Effekt: Die Wassertropfen ruhen quasi auf einem Luftpolster und berühren die Oberfläche fast gar nicht. Schon bei geringer Neigung perlen sie daher ab und waschen dabei anhaftende Schmutzpartikel mit ab.
Eine derartige Oberfläche galt es also nachzuahmen. Sato und seinen Mitstreiter gelang das folgendermaßen: Sie stellten eine Flüssigkeit her, die fein verteilte Kunststoff-Kügelchen von einigen hundert Mikrometern Durchmesser und noch winzigere Silikat-Partikel von etwa sechs Nanometern Durchmesser enthielt. Indem die Forscher einen Objektträger in diese Flüssigkeit eintauchten und langsam wieder aus der Lösung zogen, entstand eine hochgeordnete Schicht aus beiden Partikel-Typen.
Die Kunststoff-Kugeln ordnen sich dabei stets in einer hexagonalen Packung an, wobei sich die kleinen Silikat-Körnchen in die Lücken dieser Packung setzen. Werden nun die Kunststoff-Kugeln durch Verbrennen entfernt, entsteht eine dreidimensionale Wabenstruktur mit vielen, großen Luftlöchern in der Mitte der einzelnen Maschen.
Über die Größe der Kunststoff-Kügelchen können die Forscher die Maschenweite der Struktur einstellen. Sie muss in der Größenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes liegen, damit ein Farbeindruck entsteht. Sato meint: "Auf einfache Weise konnten wir über eine Variation der Kügelchen-Größe selbstreinigende Oberflächen in verschiedenen brillanten Farbtönen von blau über grün bis zu rot erzeugen."
Eine derart brillante Farbe, die nie schmutzig wird und dazu noch umweltfreundlich ist, hat natürlich auch für den Menschen ihre Reize – nicht als Tarnung, sondern für dekorative Zwecke, etwa in Lacken und Anstrichstoffen. Forscher um Osamu Sato von der Kanagawa Academy of Science and Technology konnten nun zeigen, dass dies kein frommer Wunsch bleiben muss.
Denn das Geheimnis der Schmetterlingsflügel ist ihre spezielle Oberflächenstruktur aus hoch geordneten mikroskopisch kleinen Schüppchen. Im Gegensatz zu konventionellen Farben entsteht das Schmetterlings-Blau nicht aufgrund von Lichtabsorption durch Pigmente, sondern aufgrund von Brechung und Streuung des Lichtes an der Schüppchen-Struktur. Dieses Phänomen wird als strukturelle Farbgebung bezeichnet und ist typisch für mikroskopisch löchrig-luftige Materialien – so genannte photonische Kristalle.
Die luftgefüllten Hohlräume innerhalb dieser strukturierten Oberfläche sind auch für die Selbstreinigung verantwortlich. Da sich dieses Phänomen besonders schön an den Blättern der Lotusblume (Nelumbo nucifera) beobachten lässt, sprechen Wissenschaftler auch von Lotus-Effekt: Die Wassertropfen ruhen quasi auf einem Luftpolster und berühren die Oberfläche fast gar nicht. Schon bei geringer Neigung perlen sie daher ab und waschen dabei anhaftende Schmutzpartikel mit ab.
Eine derartige Oberfläche galt es also nachzuahmen. Sato und seinen Mitstreiter gelang das folgendermaßen: Sie stellten eine Flüssigkeit her, die fein verteilte Kunststoff-Kügelchen von einigen hundert Mikrometern Durchmesser und noch winzigere Silikat-Partikel von etwa sechs Nanometern Durchmesser enthielt. Indem die Forscher einen Objektträger in diese Flüssigkeit eintauchten und langsam wieder aus der Lösung zogen, entstand eine hochgeordnete Schicht aus beiden Partikel-Typen.
Die Kunststoff-Kugeln ordnen sich dabei stets in einer hexagonalen Packung an, wobei sich die kleinen Silikat-Körnchen in die Lücken dieser Packung setzen. Werden nun die Kunststoff-Kugeln durch Verbrennen entfernt, entsteht eine dreidimensionale Wabenstruktur mit vielen, großen Luftlöchern in der Mitte der einzelnen Maschen.
Über die Größe der Kunststoff-Kügelchen können die Forscher die Maschenweite der Struktur einstellen. Sie muss in der Größenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes liegen, damit ein Farbeindruck entsteht. Sato meint: "Auf einfache Weise konnten wir über eine Variation der Kügelchen-Größe selbstreinigende Oberflächen in verschiedenen brillanten Farbtönen von blau über grün bis zu rot erzeugen."
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