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Antiirisierend: Strukturfarben ohne Schillereffekt

Strukturfarben sind in Natur und Technik gerne genommen - für manche Zwecke schimmern sie aber je nach Blickrichtung einfach zu störend. Doch das muss nicht sein, finden Forscher aus China.
Ein schlammgrüner SpielzeugdinoLaden...

Wenn Ingenieure oder die Evolution einen Gegenstand farbig haben wollen, so gibt es im Prinzip zwei Möglichkeiten: Man greift zu Pigment- oder zu Strukturfarben, die jeweils eigene Vor- und Nachteile haben. So macht ein Überzug mit Pigmentfarben zwar vielfältig bunt, die Licht absorbierenden und reflektierenden Farbpigmente allerdings bleichen zum Beispiel rasch aus. Strukturfarben wie auf Schneckenschalen, Vogelgefieder oder Käferpanzern sind dagegen fast unbegrenzt lange haltbar; sie basieren auf Brechungseffekten an der strukturierten Oberfläche: Durch die Beugung, Streuung und Interferenz von ein- und ausfallenden Lichtwellen entstehen allerlei Farbeffekte, die jedoch oft unerwünscht irisieren, wenn sie aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet werden. Das muss nicht sein, meinen nun chinesische Forscher im Fachblatt »ACS Omega« – und präsentieren zu Demonstrationszwecken einen per neuer Methode gefärbten Spielzeugdinosaurier mit gänzlich blickwinkelunabhängigem Strukturfarbenanstrich.

Das in einigen Anwendungsszenarien unerwünschte Blickwinkelproblem der gängigen Strukturfarben liegt im Wesentlichen in der exakten Ausrichtung der lichtbrechenden Mikrostrukturen auf der Oberfläche des angefärbten Objekts begründet: Sie reflektieren die unterschiedlichen Wellenlängen quasi zu exakt in definierte Richtungen, so dass eine minimale Veränderung des Blickwinkels den typischen Schimmereffekt verursacht. Tatsächlich kann dies zwar mit einem etwas weniger ordentlichen Aufbau der Mikrostruktur umgangen werden; zu viel ist hier aber wieder zu viel – und macht das Objekt erneut farblos.

Dongpeng Yang und seine Kollegen von der Guangdong University of Technology in China haben nun mit technischen Methoden und der geeigneten Materialauswahl einen praktikablen Mittelweg gefunden: Sie bedampften die einzufärbenden Oberfläche mit uniformen Siliziumkügelchen, die eine Hülle aus Eisenoxidnanopartikeln hatten. So entstand ein hochgeordneter Strukturfarben-Film, der jedoch keine übergeordnete, den irisierenden Effekt auslösende Symmetrie aufwies: Die schlammgrünen Punkte des Spielzeugdinosaurierprototyps blieben so aus allen Blickrichtungen uniform. Andere Farben können durch eine Veränderung des Kügelchendurchmessers erzeugt werden, berichten die Wissenschaftler – und hoffen, dass ihre Technik beispielsweise zum Mittel der Wahl wird, wenn 3-D-Drucker nachhaltig eingefärbte Objekte herstellen sollen.

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