Der Natur abgeschaut: Weisse Farbe ohne Titandioxid

Teaserbild-Quelle: Andy parnell, eigenes Werk, CC BY-SA 4.0
Weisse Farbe ohne Titandioxid

Ein kleiner Käfer lieferte die Vorlage für ein umweltfreundliches, leuchtendes Weiss, das ohne Titandioxid auskommt: Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie haben ein Weiss geschaffen, das weisser als Weiss ist.

Cyphochilus
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Andy parnell, eigenes Werk, CC BY-SA 4.0

Die Nanostruktur des Panzers lässt den Cyphochilus weiss erscheinen.

Der Käfer der in Südostasien lebenden Gattung Cyphochilus lässt Versprechen aus der Waschmittelwerbung alt aussehen: Dank einer speziellen Nanostruktur erscheinen die Schuppen seines Panzers dank tatsächlich weisser als weiss.

Geht es nach Forschern um Hendrik Hölscher vom Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), ist ein solch weissestes Weiss oder vielmehr eine vergleichbare Oberfläche auch für Möbel und andere Objekte möglich: Sie haben eine Polymerfolie entwickelt, die eine äusserst hohe Lichtstreuung aufweist.

Im Gegensatz zu Titandioxid, das üblicherweise für leuchtend weisse Oberflächen verwendet wird, ist die Erfindung der Wissenschaftler umweltfreundlich. Denn laut Hölscher hat Titanoxid den Nachteil, dass sich seine Partikel nicht abbauen und dadurch auf Dauer die Umwelt belasten. Überdies könnte es möglicherweise gesundheitsschädlich sein.

Nanostrukturen aus der Insektenwelt

Für die Polymerfolie haben Hölscher und seine Kollegen die Oberfläche des kleinen Käfers nachgebildet, indem sie poröse Polymerstrukturen mit vergleichbar hoher Streuung geschaffen haben. Man habe aus Polymeren feste, poröse Nanostrukturen erzeugt, die einem Schwamm ähnelten, führt Hölscher dazu aus. Denn wie die Bläschen von Rasier- oder Badeschaum sorgt auch hier die Struktur für eine Streuung des Lichts, die das Material weiss wirken lässt.  Wie das KIT mitteilt, eignet sich die neue Technik für eine kostengünstige unbedenkliche weisse Optik und kann auf unterschiedlichsten Oberflächen angebracht werden.

Derartige Polymerfolien sind laut Hölscher extrem dünn, flexibel und leicht, aber trotzdem mechanisch stabil. Bei einer Stärke von neun Mikrometern – neun Tausendstel Millimeter – reflektiert die neu entwickelte Polymerfolie mehr als 57 Prozent des einfallenden Lichts, mit einer dickeren Folie können gar 80 bis 90 Prozent erreicht werden.

„Von Käfern lernen: Oberflächen nach dem Vorbild der Natur“, Video vom KIT

Das Verfahren kann auf viele andere Polymere übertragen werden. „Neben Folien lassen sich auch ganze Gegenstände entsprechend weiss färben, wir planen als nächsten Schritt Partikel, zum Beispiel kleine Kügelchen, herzustellen, um sie in andere Materialien einbringen zu können“, sagt Hölscher und verweist darauf, dass man bereits entsprechende Anfragen von Firmen erhalten habe. - Es ist auch denkbar, die Technik etwa für umweltfreundliche Wandfarben zu nutzen.

Ein einziges Grundmaterial statt viele chemische Elemente

Während Ingenieure häufig Lösungen mit Materialien aus vielen verschiedenen chemischen Elementen entwickelten, beschränke sich die Natur meist auf ein einziges Grundmaterial, das dank einer komplexen dreidimensionalen Struktur interessante mechanische, optische oder physikalisch-chemische Eigenschaften aufweise, so Hölscher.

Die Bionik, die sich damit beschäftigt, die Phänomene der Natur zu verstehen und zu imitieren, um sie technisch nutzbar zu machen, führe häufig zu völlig neuen Lösungen – die auf anderem Weg vielleicht nie gefunden worden wären. (mai/mgt)