Lebhafte Farben werden vor allem dann erzeugt, wenn Nanostrukturen weißes Licht beugen und dieses reflektieren. In der Natur wird dieses Verfahren unter anderem dann angewendet, wenn ein Tier seine Attraktivität steigern möchte. Sehr gut lässt sich dies bei der Balz des Pfaus verdeutlichen, bei der das Männchen sein Gefieder dem Weibchen präsentiert. Forscher haben sich bei der Entwicklung des 3D-Nano-Farbdrucks an der Natur ein Beispiel genommen und sind zu verblüffenden Erkenntnissen gelangt.

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Logo Karlsruher Institut für TechnologieStrukturell erzeugte Farben, wie sie unter anderem beim Pfau vorkommen, haben gegenüber industriell hergestellten Strukturfarben viele Vorteile. Sie sind nicht nur ungiftig, haltbarer und leuchtender, irisieren zugleich aber auch nicht. Dies ist bei den industriell gefertigten Farben anders und lässt sich besonders gut an der Reflexion der CDs erkennen, deren wahrgenommene Farbe vom Blickwinkel des Betrachters abhängt. Die Gründe dafür sind in den Nanostrukturen zu suchen. Während regelmäßige Strukturen irisieren, erzeugen unregelmäßige amorphe Strukturen immer den gleichen Farbton. Leider lassen sich amorphe Nanostrukturen aber nicht wirtschaftlich herstellen.

Die blaue Vogelspinne diente den Forschern als Inspiration für die Entwicklung der Nano-3D-Druck-Technologie. (Bild: © Tom Patterson)
Die blaue Vogelspinne diente den Forschern als Inspiration für die Entwicklung der Nano-3D-Druck-Technologie. (Bild: © Tom Patterson)

Wissenschaftler aus Belgien, den USA und Deutschland haben die blaue Vogelspinne genauer untersucht, deren Haare nicht irisieren, zugleich aber mit regelmäßigen Nanostrukturen versehen sind. Die Forscher um Radwanul Hasan Siddique vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entdeckten, dass die Haare eine mehrschichtige, blumenähnliche Struktur aufweisen.

Daraufhin untersuchten die Forscher das Reflexionsverhalten der Struktur anhand von Computersimulationen, bevor sie mit dem Nano-3D-Drucker ein Modell anfertigten. Sie konnten so eine Struktur schaffen, die dem Muster der Spinne ähnelt. Diese Struktur weist über einen Blickwinkel von 160 Grad eine identische Farbgebung auf. Damit gelang es zum ersten mal, eine synthetische strukturelle Farbe zu erschaffen, die einen derart großen Blickwinkel bietet.

Wichtiger Schritt für die Zukunft der Textilindustrie

Die Struktur ist in mehreren Schichten aufgebaut, was für eine gleichmäßige Intension der Farbreflexion sorgt. Die jeweilige Farbgebung lässt sich mit Hilfe der Blumengröße einstellen. Radwanul Hasan Siddique äußerte zu den neuen Forschungsergebnissen, dass es sich hierbei um einen „wichtigen Schritt hin zu einer Zukunft, in der strukturelle Farben die giftigen Pigmente in der Textil-, Verpackungs- und Kosmetikindustrie ersetzen“, handelt.

Vor allem in der Textilindustrie könne dieses Verfahren schnell eingesetzt werden. Dazu müssten aber noch ein paar Hindernisse beseitigt werden, so unter anderem die begrenzte Skalierbarkeit des Nano-3D-Drucks. Bislang sind nach Angaben von Professor Hendrik Hölscher vom KIT weltweit nur einige wenige Firmen in der Lage, diese Drucke anzufertigen (siehe Beispiele für Nano-3D-Druck vom deutschen Unternehmen Nanoscribe GmbH).

Blumenstruktur aus dem 3D-Drucker mit gerade einmal 15 Mikrometern Stärke. (Bild: © Bill Hsiung/Universität Akron).
Blumenstruktur aus dem 3D-Drucker mit gerade einmal 15 Mikrometern Stärke. (Bild: © Bill Hsiung/Universität Akron).

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