Schmetterlinge liefern Basis für farbintensive und selbstreinigende Anstriche - wissenschaft.de
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Schmetterlinge liefern Basis für farbintensive und selbstreinigende Anstriche

In allen Regenbodenfarben schillern die bunten Flügel von Schmetterlingen. Grundlage dieser farbenfrohen Oberflächen sind nicht Pigmente oder andere färbende Substanzen, sondern mikroskopisch kleine Schuppen-Strukturen, die das Sonnenlicht brechen und in die Spektralfarben zerlegt zurückstreuen. Japanischen Wissenschaftlern gelang es nun, diese bunten und sogar selbstreinigenden Oberflächen im Labor nachzuahmen. Ihre Technik, die sie in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie beschreiben, könnte die Grundlage für eine völlig neue Klasse von farbigen und pflegeleichten Anstrichen liefern.

„Auf einfache Weise konnten wir über die Variation der Größe von Kunststoff-Kügelchen selbstreinigende Oberflächen in brillanten Farbtönen von blau über grün bis zu rot erzeugen“, sagt Osuma Sato, Chemiker an der Akademie der Wissenschaften in Kanagawa. Das Vorbild ihrer Forschung bildete der tropische Schmetterling Morpho sulkowskyi, der sich mit irisierend blauen Flügeln vor dem Hintergrund eines strahlend blauen Himmels erfolgreich tarnt.

Um die mikroskopisch feine Schuppenstruktur der Flügel zu kopieren, stellten Sato und Kollegen eine Flüssigkeit her, in der sie feine Kunststoff-Kügelchen von einigen hundert Mikrometern und Silikat-Partikel von nur etwa sechs Nanometern ? millionstel Millimeter ? Durchmesser verteilten. Darin tauchten sie einen gläsernen Objektträger, auf dem sich eine hochgeordnete Schicht der beiden Partikel-Typen absetzte.

Die größeren Kunststoff-Kügelchen lagerten sich in einer so genannten regelmäßigen, hexagonalen Packung an. Die Silikat-Nanoteilchen fanden dagegen Platz in den Lücken zwischen diesen Kügelchen. Danach verbrannten sie die ordnenden Plastikkugeln und zurück blieb eine dreidimensionale Wabenstruktur mit zahlreichen, größeren „Luftlöchern“.

Je nach Größe der Kunststoffkügelchen konnten die Forscher eine andere Maschenweite in dieser Wabenstruktur einstellen. Je nach Abstand, der sich im Bereich der Wellenlängen des sichtbaren Lichts bewegt, reflektiert diese Struktur eine andere Farbe aus dem Lichtspektrum. Der beschichtete Objektträger kann so ohne jeden Farbstoff in verschiedenen, intensiven Farbtönen erscheinen.

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Über die „Luftlöcher“ zwischen den Silikat-Maschen sorgt diese Beschichtung sogar für eine gewisse Selbstreinigung. Wassertropfen benetzen die Oberfläche kaum und ruhen quasi auf einem Luftpolster. Schon bei geringster Neigung perlen sie ab und waschen dabei anhaftende Schmutzpartikel mit herunter.

Bekannt ist dieser „Lotus-Effekt“ seit den Forschungserfolgen des Bonner Wissenschaftlers Wilhelm Barthlott, der auf dieser Basis nach dem Vorbild der tropischen Lotus-Pflanzen selbstreinigende Anstrichfarben entwickelt hat. Doch die japanischen Ergebnisse führen nun einen Schritt weiter und ermöglichen selbstreinigende Beschichtungen, deren intensive Farben über die Brechung des Lichts entstehen und so niemals verblassen können.

Jan Oliver Löfken
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