Es gibt einige Vögel und Schmetterlinge, so den Morpho peleides-Schmetterling und den Cotinga Maynana-Vogel, deren blaue Farbe nicht auf Pigmenten oder Farbstoffen beruht. Vielmehr entsteht das leuchtende Blau durch die Materialstruktur der Federn oder Flügel und deren Wechselwirkung mit Licht.
Nun ist es einem Forscherteam gelungen, diese `strukturelle` Farbe künstlich herzustellen.Die Flügel vom Schmetterling wie auch vom Vogel haben eine spezielle Oberflächenstruktur, die das Licht so streut, dass das Material blau erscheint; auf ähnliche Weise entsteht bei schönem Wetter das Blau des Himmels. An sich sind die Flügel der Tiere farblos, sie ‘verlieren‘ die Farbe wenn sie nass werden, weil dann die spezielle Oberflächenstruktur, die das Licht so streut, dass das Material blau erscheint, durch das Wasser verändert wird.
Der Schmetterling flattert in tropischen Regenwäldern herum, der Vogel ist in Südamerika zuhause. Ihr blendendes Blau soll Fressfeinde abschrecken.
Beim Schmetterling organisieren sich kleinste Strukturen auf seinen Flügeln so, dass daran ausschliesslich blaues Licht gestreut wird. Diese Strukturen im Mikrometerbereich bestehen aus organischem Material wie Melanin oder Chitin und wiederholen sich periodisch. Auf dem Gefieder des Cotinga Vogels existieren ähnliche Strukturen aus Keratin, allerdings aperiodisch und im Nanometerbereich. Diese Materialstruktur sorgt für sehr spezielle optische Effekte, für die es bisher keine überzeugenden physikalischen Erklärungen gibt. Das Ganze kann als biologisches Präzisions-Engeneering gesehen werden.
Einer Kollaboration von Forschern der Harvard University, der ETH Zürich und der King Abdullah University in Saudiarabien ist es vor kurzem gelungen, solche ‘strukturellen Farben‘ künstlich herzustellen (https://arxiv.org/abs/1605.03700). Die Federn des Cotinga Vogels waren dabei Inspiration für das Materialdesign. Zur Herstellung der Struktur wird eine wenige hundert Nanometer dicke Schicht einer Platin-Yttrium-Aluminium Schicht auf Siliziumglas aufgebracht, dann das Aluminium durch Eintauchen in Lauge wieder gelöst, woraufhin ein poröses Metallnetzwerk mit neuraler Struktur zurückbleibt. Eine 7- 53 Nanometer dicke Schicht Aluminiumoxid darüber bestimmt die Farbe, blau entsteht bei 48 Nanometern. Die entdeckten Materialien sind robust, kratzfest und eignen sich für grossflächige kommerzielle Anwendungen. Das Material würde zur Farbgebung von Flugzeugen und Autos im wörtlichen Sinn weniger ins Gewicht fallen als ein entsprechender ‘Anstrich‘ mit Pigmentfarbe, da die Schicht aus dem neuen Material sehr, sehr dünn ist -ein Farbanstrich ist viel dicker und damit schwerer. Eine noch wichtigere potentielle Anwendung ist aber diejenige als Lichtabsorber. Eine zusätzliche Schicht dieser strukturellen Farbe auf Solarzellen könnte deren Effizienz deutlich steigern und die benötigte Schichtdicke der bisher in Solarzellen als Lichtabsorber verwendeten Materialien drastisch reduzieren.
