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Farben: Ausnahmsweiße

Einen Lack derart dünn aufzutragen, wäre schlicht sinnlos - die Schuppen auf Cyphochilus' Panzer sind nur mikrometerdick, erstrahlen aber trotzdem so weiß wie Papier. Feinste Nanostrukturen sind des Rätsels Lösung. Sie einmal nachzubauen, könnte sich lohnen.
Bunte und weiße KäferLaden...
Sich hinter Pilzen zu verstecken, verlangt im Allgemeinen nach keiner hohen Kunstfertigkeit – vorausgesetzt natürlich, man ist nicht allzu groß. Sind die angepeilten Pilze allerdings weiß, während man selbst in allen Regenbogenfarben schillert, hilft einem auch genügende Kleinheit nicht mehr weiter. Käfer der südostasiatischen Gattung Cyphochilus machten deshalb den einzig logischen Schritt: Sie erbleichten ebenfalls.

<i>Cyphochilus</i>Laden...
Cyphochilus | Cyphochilus hat seine weiße Farbe zur Tarnung entwickelt: Er versteckt sich bevorzugt zwischen weißen Pilzen. Dazu musste er spezielles photonisches Material auf seiner Oberfläche ausbilden.
Das hingegen ist keineswegs trivial. Um richtig weiß zu werden, reichen die gängigen Färbemechanismen im Tierreich – weder die Pigmentierung, noch die schillernde Oberflächenstruktur vieler Insektenpanzer – meist nicht aus. Denn: Sie reflektieren immer nur Licht einzelner Wellenlängen. Für die Farbe Weiß ist aber normalerweise ein Material gefragt, das sämtliche Wellenlängen auf einmal streut.

Cyphochilus hat dieses Problem brillant gemeistert. Er erstrahlt nicht nur in einem Weiß, das es mit sämtlichen künstlichen Farbstoffen aufnehmen kann – und die meisten sogar noch übertrifft –, ihm gelingt dieses Kunststück auch noch mit einer extrem dünnen Struktur von nur fünf Mikrometern (also Tausendstel Millimeter) Dicke. Künstliche Farbstofflacke und andere Materialien müssten um zwei Größenordnungen dickere Schichtstärken erreichen, um vergleichbar gut das Licht reflektieren zu können, meint Peter Vukusic, Physiker von der Universität Exeter.

Die Schuppen auf dem KäferpanzerLaden...
Die Schuppen auf dem Käferpanzer | Die Schuppen auf Cyphochilus' Oberfläche sind fünf Mikrometer dick, 250 Mikrometer lang und 100 Mikrometer breit – extrem dünn für eine Oberfläche dieser Farbe.
Zusammen mit seinen Kollegen hat er jetzt herausgefunden, wie der Trick des Käfers funktioniert: Der Grund für die weiße Farbe liegt in den hauchdünnen Schuppen, die den Körper des Insekts bedecken und deren Oberfläche komplett aus einem Geflecht feiner Fasern besteht. Diese so genannten Filamente, jedes davon nur rund 250 Nanometer im Querschnitt, haben die Eigenschaft, Licht zu reflektieren, und machen die Schuppen zu einem photonischen Material, das die Ausbreitung auftreffender Lichtwellen gezielt beeinflussen kann.

Lichtreflektierende Filamente Laden...
Lichtreflektierende Filamente | Nachträglich eingefärbte elektronenmikroskopische Aufnahme der Filamente. Das Geflecht lässt keinerlei geordnete Struktur erkennen, weist dafür aber relativ große Freiräume auf. So entsteht das brillante Weiß des Käfers.
Auch von Schmetterlingen und anderen Käfern kennt man solche photonischen Stoffe. Im Unterschied zu denen des Cyphochilus weisen sie jedoch eine regelmäßige, kristallartige Struktur auf. Der irisierende Effekt solcher photonischer Kristalle entsteht genau dadurch, dass ihre regelmäßige dreidimensionale Anordnung aus verschiedenen Blickwinkeln jeweils unterschiedliche Wellenlängen zurückwirft. Bei Cyphochilus hingegen sind die Filamente hochgradig ungeordnet. Erst diese zufällige Anordnung schafft die Streuung aller Wellenlängen und macht den Krabbler weiß.

In beiden Fällen spielt außerdem noch der Raum zwischen den lichtaktiven Strukturbausteinen eine Rolle. Dort wird das Licht eingefangen und solange hin- und herreflektiert, bis es wieder aus dem Material hinausfindet. Wie oft dies geschieht und welche Winkel dabei auftreten, bestimmt dann den optischen Eindruck.

<i>Cyphochilus</i> in GesellschaftLaden...
Cyphochilus in Gesellschaft | Cyphochilus unter sich: Kaum ein anderes Tier erstrahlt in einem ähnlich reinen Weiß.
Geht es nach Vukusic, sind jetzt die Bioniker gefragt, die besonderen Farbeigenschaften der Käferschuppen für technische Zwecke in Beschlag zu nehmen. Neuentwicklungen von Handydisplays und E-Paper, also elektronisches "Zeitungspapier", verwenden heute bereits so genannte organische Leuchtdioden (OLEDs). Ihr Vorteil, etwa gegenüber den Flüssigkristall-Anzeigen, liegt unter anderem in der Biegsamkeit und geringen Dicke der Anzeigefläche. Hier könnte auch ein Material, das die Käferschuppen nachahmt, zum Einsatz kommen, spekuliert der Forscher.

Vukusic selbst hatte sich vor einigen Jahren die optischen Eigenschaften der Schmetterlingsflügel zum Vorbild genommen und zusammen mit einer Kosmetikfirma ein Make-up entwickelt, das ganz ohne Pigmente auskommt. Da der Käfer nun, wie die Wissenschaftler herausfanden, um ein Vielfaches weißer ist als Zahnschmelz, stellten sie bereits jetzt eine blendende Zukunft in Aussicht: Schon eine winzige Zusatzschicht würde genügen und der Begriff "strahlendes Lächeln" hätte eine völlig neue Bedeutung.
19.01.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 19.01.2007

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