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Die Macht des Unsichtbaren

Mikroskopisch kleine Strukturen verwandeln Billigware in gefragte High-Tech-Produkte. Durch „Mikroreplikation“ lassen sich Millionen winziger Strukturelemente auf einer ganz normalen Kunststoff-Folie erschaffen. Mit bloßem Auge unsichtbar, verleihen sie dem Material verblüffende Effekte. Eine US-Firma hütet das Fabrikationsgeheimnis.

So also sieht eine Zauberstunde in St. Paul, Minnesota, aus. Dr. Robert Finocchiaro, Leiter des Optics Technology Laboratory in der Zentrale der 3M Corporation, breitet seine magischen Utensilien vor sich aus: farblose Kunststoff-Folien. Als erstes schaltet er seinen Laptop ein. Der Bildschirm ist zweigeteilt: Die linke Hälfte macht dem Begriff „Mattscheibe“ alle Ehre – die rechte strahlt merklich heller. Dahinter steckt eine der Folien, die eng an der Bildschirm-Rückseite anliegt.

„Das ist unser Brightness-Enhancement-Film“, kommentiert der Physiker. „Derzeit werden weltweit kaum noch Laptops mit Flüssigkristall-Displays angeboten, die nicht damit hinterlegt wären. Dadurch steigt die Helligkeit des Bildschirms um 60 Prozent – oder man spart, bei der alten Lichtstärke, 20 bis 30 Prozent Energie. Zu Röhren geformt, kann man aus dieser Folie übrigens ,Light Pipes` machen und Tageslicht in fensterlose Räume leiten.“

Die nächste Nummer im Kabinett des Dr. Finocchiaro steht an. Diesmal drückt er dem Journalisten aus Deutschland eine Taschenlampe in die Hand, stellt sich ans andere Zimmerende und hält eine Pappe mit aufgeklebten Proben hoch. „Diese Materialien werfen auffallendes Licht zur Lichtquelle zurück. Unten sind Produkte aus den letzten Jahren, oben unsere neueste Folie. Leuchten Sie mal! Welche scheint am hellsten?“ Die oberste. Dies, kommentiert Finocchiaro, sei die am stärksten totalreflektierende Folie der Welt, die – auf Verkehrsschilder geklebt – auch bei Nieselregen und Dämmerung im Scheinwerferlicht gleißt.

Jetzt wickelt er von einer Folienrolle 30 Zentimeter ab, läßt aus einer Pipette einen Tropfen blau gefärbtes Wasser darauf fallen und demonstriert „gerichteten Flüssigkeitstransport“: Das blaue Naß setzt sich sofort in Marsch – als dünner blauer Strich, präzise in Längsrichtung. Rasch fingert der Laborleiter eine Schere vom Nachbartisch und schneidet das Stück ab. „Sonst würde dieser blaue Tropfen sich selbst immer weiter in die Rolle hineinpumpen“, erläutert er.

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Ein professioneller Magier würde niemals neugierige Blicke hinter die Kulissen seiner Tricks gestatten. Doch der Forscher Finocchiaro enthüllt am Ende, was hinter all diesen Effekten steckt. Am Werkstoff liegt es nicht: Es sind Standard-Kunststoffe wie Polyethylen und Polyurethan. Das Geheimnis steckt in der Oberfläche, erzeugt durch ein Herstellungsverfahren namens „Mikroreplikation“. Das heißt soviel wie: Bildung exakter Kopien in winzigsten Dimensionen.

Zu sehen ist mit bloßem Auge nichts. Ein bißchen rauh fühlen sich manche Folien an. Erst eine starke Lupe oder Aufnahmen mit dem Raster-Elektronenmikroskop (REM) zeigen: Wie dem LSD-Trip eines Geometrie-Professors entsprungen, dehnt sich Reihe um Reihe aus millionenfach vervielfältigten, identischen Formen – zwischen einem tausendstel und einem drittel Millimeter groß.

– Beim vorgeführten Brightness-Enhancement-Film verläuft ein schier endloses Zick-Zack-Profil aus Berg- und Talzügen über die gesamte Folienbreite. Sie lassen nur senkrecht auftreffendes Licht direkt passieren. Schräg einfallendes Licht wird so lange hin und her reflektiert, bis es schließlich ebenfalls senkrecht auf die Folienoberfläche auftrifft. Effekt: Lichtverstärkung für den Betrachter. – Die totalreflektierende Folie bezieht ihre Rückstrahlkraft aus Myriaden winziger dreiflächiger Würfelecken (s. Abb.): das Prinzip des „Katzenauges“ hinten am Fahrrad, in mikroskopische Dimensionen übertragen.

– Die flüssigkeitsleitende Folie weist parallel stehende „Mäuerchen“ aus Kunststoff auf, im Abstand von jeweils 200 Mikrometern (= 0,2 Millimeter). Zwischen ihnen zeigt das Mikroskop drei weitere, aber viel kleinere Mauerzüge. Der Effekt: ein Maximum an Kapillarkraft in den Vertiefungen dazwischen. Flüssigkeiten werden darin förmlich auf und davon gesogen.

– Damit ist das Repertoire nicht erschöpft. So dienen beispielsweise Bänder mit abgeflachten Mikropyramiden, die mit Mineralpartikeln gefüllt sind, zum Schleifen und Polieren von Metallen. Folien, auf denen sich schlanke Pyramidenstümpfe endlos aneinanderreihen, widerstehen – aufeinandergelegt – jedem Versuch, sie in Querrichtung auseinanderzuziehen: ein neues Prinzip für mechanische Verschlüsse.

Thorwald Ewe
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