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Umwelt+Natur

Photonische Kristalle dienen Schmetterlingen als Wärmeschild

In allen Regenbogenfarben schillern Schmetterlinge, Vögel, Borstenwürmer und manche Käferarten. Die zumeist männlichen Insekten nutzen für diese Farbenpracht keine Pigmente oder natürliche Farbstoffe, sondern mikroskopisch kleine, symmetrisch aufgebaute Strukturen, so genannte photonische Kristalle. Dadurch wird das einfallende Sonnenlicht je nach Aufbau der Mikrostruktur in vielen Varianten gebrochen und reflektiert. Diese natürlichen photonischen Kristalle, auf die Ingenieure neidisch für Anwendungen in der optischen Datenverarbeitung schielen, können auch den Wärmehaushalt der Insekten maßgeblich beeinflussen.

Zu diesem Ergebnis kommen ungarische und belgische Physiker, die die Mikrostrukturen von Schmetterlingen unter einem Rastertunnelmikroskop untersucht haben. Sie präsentieren ihre Ergebnisse im Fachblatt Physical Review E. So fehlen einigen einheitlich bräunlich bis grau gefärbten Schmetterlingen solche photonischen Kristalle völlig. Im Unterschied zu den bunten Verwandten können diese die einfallende Strahlungswärme besser aufnehmen, entdeckten die Wissenschaftler von der Universität Notre-Dame de la Paix in Brüssel und vom ungarischen Institut für Materialforschung in Budapest. Die bunt schillernden Schmetterlinge dagegen verhindern mit den Strukturen effektiv eine Aufheizung. Die Strahlungsenergie wird zu einem großen Teil für die bunten Farbeffekte genutzt.

So kommen besonders Falterarten, die in kälteren Regionen oder höheren Gebieten überleben müssen, ohne die Farbenpracht daher. Über ihre bräunlichen Flügeloberflächen absorbieren sie verstärkt das einfallende Licht. Unter dem Mikroskop finden sich daher auch keine periodisch angeordneten Löcher oder Erhebungen, die schließlich die reflektierenden Eigenschaften eines photonischen Kristalls ausmachen.

Da diese Mikrostrukturen einen großen Effekt auf den Wärmehaushalt der Insekten haben, könnten künstlich hergestellte photonische Kristalle in Zukunft für einen flexiblen Hitzeschutzschild genutzt werden, vermuten die Forscher. Besonders unter extremen Bedingungen wie in der Wüste oder im Weltraum könnten photonische Kristalle in einer dünnen und elastischen Beschichtung für Raumanzüge und isolierende Textilien Anwendung finden.

Jan Oliver Löfken
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