Brillant und immer sauber

Forscher ahmen intensiv farbige, selbstreinigende
Schmetterlingsflügel nach: Neue Basis für Anstrichstoffe?

Der tropische Schmetterling Morpho sulkowskyi tarnt sich durch seine irisierend blauen Flügel, die vor dem Hintergrund eines strahlend blauen Himmels wie eine Lichtspiegelung erscheinen. Außer ihrer Brillanz haben die Schmetterlingsflügel noch mehr zu bieten: Sie sind selbstreinigend. Eine derart brillante Farbe, die nie schmutzig wird und dazu noch umweltfreundlich ist, hätten wir auch gern zur Verfügung – nicht als Tarnung, sondern für dekorative Zwecke, etwa in Lacken und Anstrichstoffen. Japanische Forscher um Osamu Sato konnten nun zeigen, dass dies kein frommer Wunsch bleiben muss.

Das Geheimnis der Schmetterlingsflügel ist ihre spezielle Oberflächenstruktur aus hoch geordneten mikroskopisch kleinen Schüppchen. Im Gegensatz zu “konventionellen” Farben entsteht das Schmetterlings-Blau nämlich nicht aufgrund von Lichtabsorption durch Pigmente, sondern aufgrund von Brechung und Streuung des Lichtes an der Schüppchen-Struktur. Dieses Phänomen wird als “strukturelle Farbgebung” bezeichnet. Große luftgefüllte Hohlräume innerhalb dieser strukturierten Oberfläche sorgen gleichzeitig für die Selbstreinigung (“Lotus-Effekt”) der Schmetterlingsflügel: Die Wassertropfen ruhen quasi auf einem “Luftpolster” und berühren die Oberfläche fast gar nicht. Schon bei geringer Neigung perlen sie daher ab und waschen dabei anhaftende Schmutzpartikel mit ab.
Eine derartige Oberfläche galt es also nachzuahmen. Sato und Mitstreiter machen das folgendermaßen: Sie stellen eine Flüssigkeit her, die fein verteilte Kunststoff-Kügelchen von einigen hundert Mikrometern Durchmesser und noch winzigere Silikat-Partikel von etwa 0,006 Mikrometern Durchmesser enthält. Taucht man Objektträger ein und zieht sie langsam wieder aus der Lösung, entsteht eine hochgeordnete Schicht aus beiden Partikel-Typen. Die Kunststoff-Kugeln ordnen sich in einer hexagonalen Packung an – und die kleinen Silikat-Körnchen setzen sich in die Lücken dieser Packung. Werden nun die Kunststoff-Kugeln durch Verbrennen entfernt, entsteht eine dreidimensionale Wabenstruktur mit vielen, großen “Luftlöchern” in der Mitte der einzelnen “Maschen”.
Über die Größe der Kunststoff-Kügelchen können die Forscher die “Maschenweite” der Struktur einstellen. Sie muss in der Größenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes liegen, damit ein Farbeindruck entsteht. Sato: “Auf einfache Weise konnten wir über eine Variation der Kügelchen-Größe selbstreinigende Oberflächen in verschiedenen brillanten Farbtönen von blau über grün bis zu rot erzeugen.”