Vorbild Pfauenfeder – Bunte Bilder dank schillernder Reflexionen

Per Laser geformte Nanostrukturen ermöglichen dauerhafte Farbbilder – Anwendung für Sicherheitsetiketten oder optische Datenspeicherung
Mona Lisa, Niels Bohr, Monumente – Filigrane Nanostrukturen können per Laser geformt werden, um Farbbilder ohne jedes Pigment zu drucken. Jedes Bild mit 127.000 Bildpunkten pro Zoll (dpi) ist allerdings nur wenige Dutzend Mikrometer groß und nur unter dem Mikroskop zu bewundern.
Mona Lisa, Niels Bohr, Monumente – Filigrane Nanostrukturen können per Laser geformt werden, um Farbbilder ohne jedes Pigment zu drucken. Jedes Bild mit 127.000 Bildpunkten pro Zoll (dpi) ist allerdings nur wenige Dutzend Mikrometer groß und nur unter dem Mikroskop zu bewundern.
© DTU
Kongens Lyngby (Dänemark) - Pfauenfedern schillern in blauen und grünen Farbtönen. Doch keine Pigmente sind dafür verantwortlich, sondern Reflexionen des Lichts an mikroskopisch kleinen Luftkammern in den Federn. Dieses Phänomen nutzte nun eine dänische Forschergruppe, um bunte Bilder ganz ohne Farbstoffe allein über filigrane Nanostrukturen herzustellen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science Advances“ berichten, könnte diese Technologie für fälschungssichere Merkmale, neuartige Farbdisplays oder auch zur optischen Datenspeicherung genutzt werden.

„Im Vergleich zu Farbpigmenten basieren diese Strukturfarben auf Material und Geometrie filigraner Schichten“ sagt Xiaolong Zhu von der Technischen Universität Dänemarks in Kongens Lyngby. „Zudem bleichen diese Farben mit der Zeit niemals aus.“ Als Träger der bunten Bilder pressten Zhu und seine Kollegen tausende bis zu 90 Nanometer breite Säulen in einen transparenten, flexiblen Kunststoff. Der Abstand zwischen den Nanosäulen betrug nur 200 Nanometer. Auf die Säulen deponierten sie eine 35 Nanometer dünne Schicht aus dem Halbleiter Germanium, das einen sehr hohen Brechnungsindex aufweist.

Je nach Struktur der Nanosäulen und Dicke der Germaniumschicht veränderte sich das Absorbtionverhalten für Licht. Um nun in diesen Rohling zahlreiche Bildpunkte verschiedener Farben quasi drucken zu können, nutzten die Forscher einen stark foskussierten Laserstrahl. Je nach Intensität des Lasers schmolzen die anvisierten Nanosäulen und es formten sich kontrolliert neue Strukturen. Abhängig von ihrer Form reflektierten sie entweder blaues, rotes oder gelbes Licht. In vielen Versuchen schufen Zhu und Kollegen zahlreiche farbige Bilder von einer Reproduktion der Mona Lisa über das Portrait des dänischen Physikers Niels Bohr bis zum Abbild des Colosseums in Rom.

Diese Bilder hatten eine enorme Auflösung von bis zu 127.000 Bildpunkten pro Zoll (dpi). Allerdings waren die Kunstwerke ausgesprochen klein mit Kantenlängen von 35 bis 50 millionstel Metern. So ließ sich die Farbenpracht ausschließlich unter dem Mikroskop bewundern. „Mit dieser Technik konnten wir alle Farben drucken außer grün“, sagt Zhu. Doch auch diese Lücke hofft er mit anderen Materialien außer Germanium stopfen zu können.

Auch deutlich größere Bildformate hält Zhu in Zukunft für möglich. Anwendungen dieser pigmentfreien Strukturfarben sieht er in niemals ausbleichenden Außenplakaten, Tapeten oder Autolacken. Doch auch fälschungssichere Labels und neue Ansätze für eine optische Speicherung digitaler Daten könnten mit den Strukturfarben nach dem Vorbild von Pfauenfedern oder Schmetterlingsflügeln entwickelt werden.

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