Kleiden wie ein Pfau

Strukturell erzeugte Farben sind im Gegensatz zu Farbpigmenten un­gif­tig, leuch­tender und halt­barer, hatten bisher jedoch in der indus­tri­ellen Ferti­gung einen großen Nach­teil: Sie iri­sieren, das heißt, die wahr­ge­nom­mene Farbe hängt vom Blick­winkel ab. Damit sind sie für viele Anwen­dungen un­brauch­bar. Die leb­haften Farben im Tier­reich dagegen sind oft vom Blick­winkel unab­hängig. Der Grund dafür liegt in den Nano­struk­turen: Während regel­mäßige Struk­turen iri­sieren, er­zeugen amorphe, also unregel­mäßige, Struk­turen immer die­selbe Farbe. Indus­triell ist aber nur die Ferti­gung regel­mäßiger Nano­struk­turen wirt­schaft­lich mög­lich.

Ein internationales Forscherteam um Radwanul Hasan Siddique vom Karls­ruher Institut für Techno­logie hat nun ent­deckt, dass die blaue Vogel­spinne nicht iri­siert, obwohl auf ihren Haaren regel­mäßige Nano­struk­turen sitzen. In einer ersten Unter­suchung fanden die Wissen­schaftler eine mehr­schichtige, blumen­ähn­liche Struktur, deren Refle­xions­ver­halten sie an­schlie­ßend in Computer­simu­la­tionen ana­ly­sierten. Gleich­zeitig fer­tig­ten sie mit Nano-3D-Druckern Modelle dieser Struk­turen an und opti­mierten diese mit­hilfe der Simu­la­tionen. Letzt­end­lich ist es ihnen ge­lungen, eine Struktur her­zu­stellen, die sich am Blumen­muster der Vogel­spinne orien­tiert und über einen Blick­winkel von 160 Grad die gleiche Farbe er­zeugt. Das ist der größte Winkel, der jemals bei synthe­tischen struk­tu­rellen Farben er­reicht wurde.

Neben dem mehrschichtigen Aufbau, der Punktsymmetrie und den Rillen auf der Ober­fläche sorgt vor allem die hierar­chische Struktur für eine gleich­mäßige Refle­xions­inten­sität und verhin­dert dadurch die Farb­ände­rungen. Da über die Größe der „Blume“ sogar die resul­tie­rende Farbe selbst ein­ge­stellt werden kann, wird dieses Farb­gebungs­ver­fahren auch für die Industrie inte­res­sant. „Das ist ein wich­tiger Schritt hin zu einer Zukunft, in der struk­tu­relle Farben die giftigen Pig­mente in der Textil-, Ver­packungs- und Kosme­tik­industrie er­setzen“, sagt Siddique. Vor allem in der Textil­industrie sieht er einen kurz­fristigen Einsatz als mög­lich. Die größte Heraus­forde­rung auf dem Weg zur indus­tri­ellen Nutzung ist die Skalier­bar­keit des Nano-3D-Drucks, da nur wenige Firmen auf der Welt in der Lage sind, solche Drucke herzu­stellen. Durch die rasante Ent­wick­lung auf diesem Gebiet werde sich dieses Problem in naher Zukunft aber lösen lassen, so die Forscher.

KIT / RK