Immer saubere Flügel

Die Flügel des tropischen Schmetterlings Morpho Sulkowskyi sind selbstreinigend. Ihr Geheimnis ist die spezielle Oberflächenstruktur bestehend aus winzigen Schuppen. Japanische Forscher wollen diesen Effekt nun nachahmen. Eine solche Farbe könnte die Basis für völlig neuartige Lacke und Anstrichstoffe liefern.

von Rolf Höneisen

Das Geheimnis der Schmetterlingsflügel ist ihre spezielle Oberflächenstruktur aus hoch geordneten mikroskopisch kleinen Schüppchen. Im Gegensatz zu “konventionellen” Farben entsteht das Schmetterlings-Blau nämlich nicht aufgrund von Lichtabsorption durch Pigmente, sondern aufgrund von Brechung und Streuung des Lichtes an der Schüppchen-Struktur. Dieses Phänomen wird als “strukturelle Farbgebung” bezeichnet.

Innerhalb dieser strukturierten Oberfläche sorgen grosse luftgefüllte Hohlräume gleichzeitig für die Selbstreinigung (“Lotus-Effekt”) der Schmetterlingsflügel: Wassertropfen ruhen quasi auf einem “Luftpolster” und berühren die Oberfläche fast gar nicht. Schon bei geringer Neigung perlen sie daher ab und waschen dabei anhaftende Schmutzpartikel mit ab.

Wie die Fachzeitschrift “Angewandte Chemie” berichtet, hat ein Team unter der Leitung von Osamu Sato (Kanagawa Academy of Science and Technology) diese Struktur nachgeahmt. Sie stellten eine Flüssigkeit her, die fein verteilte Kunststoff-Kügelchen von einigen hundert Mikrometern Durchmesser und noch winzigere Silikat-Partikel von etwa 0,006 Mikrometern Durchmesser enthält.

Taucht man Objektträger ein und zieht sie langsam wieder aus der Lösung, entsteht eine hochgeordnete Schicht aus beiden Partikel-Typen. Die Kunststoff-Kugeln ordnen sich in einer hexagonalen Packung an – und die kleinen Silikat-Körnchen setzen sich in die Lücken dieser Packung. Die Forscher entfernten die Kunststoff-Kugeln durch Verbrennen und es entstand eine dreidimensionale Wabenstruktur mit vielen grossen “Luftlöchern” in der Mitte der einzelnen “Maschen”.

Die “Maschenweite” der Struktur kann über die Grösse der Kunststoff-Kügelchen eingestellt werden. Damit ein Farbeindruck entsteht, muss sie in der Grössenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes liegen. Sato gelang es bereits, über eine Variation der Kügelchen-Grösse selbstreinigende Oberflächen in verschiedenen brillanten Farbtönen von blau über grün bis zu rot zu erzeugen.

Es ist nicht das erste und auch nicht das einzige Projekt, das sich mit Schmutz abweisenden Oberflächen befasst. Doch während die Schmetterlinge porentief rein durch die Luft gaukeln, müssen wir unsere Autos immer noch kräftig schruppen.