Bunte Bilder aus Strukturfarben

Urbana (USA) - In vielen Farben schillert ein kleines Bild eines Chamäleons. Doch es enthält kein einziges Farbpigment, sondern nur filigran strukturierte Polymerlamellen. Dieses Kunststück gelang amerikanischen Forschenden, die ein neues Verfahren zum Drucken von so genannten Strukturfarben entwickelt haben. Wie sie in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ berichten, entwickelten sie dafür einen speziellen 3D-Drucker. Damit ließen sich Polymere durch die Bestrahlung mit UV-Licht in verschiedenen Strukturen für Farbeindrücke von blau bis orange kontrolliert anordnen.

Strukturfarben sind in der Natur weit verbreitet. So finden sich in bunten Vogelfedern oder in den farbigen Flügel von Schmetterlingen filigrane Nanostrukturen, die nur Licht einer bestimmten Farbe reflektieren. Selbst das Blau von Blaubeeren oder reifen Pflaumen beruht auf solchen Strukturfarben in der dünnen Haut der Früchte. Sanghyun Jeon von der University of Illinois at Urbana-Champaign und seine Arbeitesgruppe ahmten diesen Effekt nun im Labor nach. Dazu mischten die Forschenden eine spezielle Tinte, in der Molekülketten auf der Basis der Kunststoffe Polystyrol und Polymilchsäure in einem Lösungsmittel verteilt waren.

Mit einem 3D-Drucker konnte diese Tinte kontrolliert auf einer Oberfläche verteilt werden. Während des Druckens bestrahlten die Forschenden die Tinte mit ultraviolettem Licht. Je nach Leistung dieses UV-Lichts ordneten sich die Polymerketten zu feinen Lamellen mit jeweils unterschiedlichen Abständen von einigen hundert Nanometern an. Lamellen mit kleinen Abständen reflektierten bevorzugt blaue Lichtwellen, größere Abstände erzeugten dagegen einen orangenen Farbeindruck.

Sanghyun Jeon druckten mit ihren Strukturfarben nicht nur ein buntes Chamäleon. Auch ein farbiger Druck von dem Gemälde Sternennacht von Vincent van Gogh von der Größe eines Notizzettels gelang. So zeigten sie eindrucksvoll, dass sich Strukturfarben auch mit einem Drucker kontrolliert erzeugen und anordnen lassen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen könnten nun bunte Beschichtungen ganz ohne potenziell giftige Farbstoffe entwickelt werden. Eine mögliche Anwendung wären beispielsweise farbige Verpackungsfolien für Lebensmittel.