Schillernd bunt ohne Farbstoffe

Shanghai (China) - In vielen Farben schillern die Flügel bunter Schmetterling. Verantwort dafür sind nicht natürliche Farbstoffe, sondern filigrane Strukturen, die die Reflexion bestimmter Farben reduzieren oder besonders verstärken. Diesen Effekt von Strukturfarben übertrugen nun sowohl chinesische als auch britische Forschende auf kleine Objekte aus dem 3D-Drucker. Beide Ansätze, veröffentlicht in den Fachzeitschriften „Proceedings of the National Academy of Sciences“ und „Advanced Functional Materials“ ähneln sich und zeigen lediglich Unterschiede in den jeweiligen Rezepten für die in den 3D-Druckern genutzte Tinte für die Strukturfarben.

Für diesen Effekt bewegen sich die filigranen Strukturen in der gleichen Größenordnung wie die jeweils reflektierten Wellenlängen des Lichts. Luoran Shang und seine Kollegen von der Fudan University in Shanghai wählten dafür Flüssigkristalle aus langkettigen Molekülen, die sich in Form winziger Nanostäbchen in Spiralen anordnen. Diese Flüssigkristalle vermischten sie mit gelatine und speziellen Polymeren, um eine flüssige, druckbare Tinte zu erhalten. Zusätzlich fügten die Forschenden Nanoröhrchen aus Kohlenstoff hinzu, um den Farbeffekt der gedruckten Strukturfarbe zu verstärken.

In mehreren Testläufen druckten Shang und Kollegen eine Vielzahl kleiner Objekte von einfachen Spiralen, Pyramiden oder sogar einen Schmetterling. Fiel nun sichtbares Licht auf diese Objekte, wurden jeweils nur bestimmte Farben reflektiert, andere dagegen verschluckt. So konnten Färbungen über das gesamte Spektrum von Violett über Gelb und Grün bis Rot erreicht werden. Zudem wechselten die Objekte auch ihre Farben in Abhängigkeit von der Temperatur und der Feuchtigkeit. Dank dieser Eigenschaft wären die gedruckten Objekte auch als einfache Sensoren geeignet.

Auch die Arbeitsgruppe um Silvia Vignolini von der University of Cambridge nutzte für ihre druckbaren Strukturfarben Flüssigkristalle. Auf den Zusatz von Kohlenstoffnanoröhrchen verzichteten sie. Dadurch waren die Farbeffekte etwas weniger stark ausgeprägt als bei den Objekten aus Shanghai. Allerdings nutzte Vignolini nur Wasser als Zusatz für ihre Druckertinte. Damit ist ihre Tinte vollständig biologisch abbaubar und weniger umweltbelastend.