01.04.2015

Schillernde Folie

Hauchdünnes Material verändert seine Farbe durch Biegung

Eine leichte Biegung der Folie –  und schon ändert sich ihre Farbe: Wissenschaftler aus den USA haben ein Material entwickelt, das unter Spannung seine Farbe wechselt. Möglich wird dies nicht etwa durch Farbpigmente, sondern durch die Überlagerung des Lichts an hochfeinen Rillen im Material.

Die hauchdünnen Folien der Forscher reagieren auf feinste Verbiegungen mit einer Farbveränderung. Foto: The Optical Society (OSA)
Schillernde Folie

Das Prinzip, das die Forscher von der Universität von Kalifornien in Berkeley in dem Material umgesetzt haben, ist eigentlich altbekannt: Ein Öltropfen auf einer Pfütze schillert in allen Farben, da es in der hauchdünnen Ölschicht zur Überlagerung der reflektierten Lichtwellen kommt. Die dabei sichtbaren Farben sind sogenannte Strukturfarben. Sie werden nicht durch farbgebende Pigmente erzeugt, sondern durch Lichtbeugung, Reflexion und Überlagerung der elektromagnetischen Wellen. Auf diese Weise entsteht beispielsweise auch das Schillern auf Schmetterlingsflügeln oder auf dem Gefieder von Pfauen.

Die Schwierigkeit, solche Strukturfarben gezielt zu erzeugen, liegt in der Winzigkeit der Oberflächenstrukturen, die dafür geschaffen werden müssen. Im Falle des von den amerikanischen Forschern entwickelten Materials waren dies feinste Rillen, die sie in eine Oberfläche aus hauchdünnem Silizium ätzten. Der Abstand und die Tiefe der Rillen liegen dabei in Größenordnungen, die nur einem Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares entsprechen.

Den Wissenschaftlern ist es nun gelungen, das Rillenmuster so präzise ins Material zu schneiden, dass sie damit ganz gezielt die Farbeigenschaften des reflektierten Lichts bestimmen können. Die Siliziumstreifen betten sie in eine Schicht aus flexiblem Material ein. Wird dieses nun gebogen, verändern sich die Abstände zwischen den Rillen und damit auch die Farbe des reflektierten Lichts.

"Es ist die erste flexible chamäleonähnliche Haut, die ihre Farbe einfach durch Biegung ändert", erklärt Connie Chang-Hasnain aus dem Forscherteam. Dank der extrem präzisen Verarbeitung können die Wissenschaftler die Eigenschaften so genau festlegen, dass bis zu 83 Prozent des einfallenden Lichts reflektiert werden. So können sehr brillante Farben von Grün über Gelb bis hin zu Orange und Rot erzeugt werden. In künftigen Folien soll das Spektrum noch bis zum Blau erweitert werden.

Nun arbeiten die Forscher daran, die Folien insgesamt größer zu machen, um so die Zahl der potenziellen Anwendungen zu vergrößern. Möglich wäre ein Einsatz in Displays oder in Sensoren, mit denen minimalste Veränderungen von Oberflächen registriert werden können. So könnten solche Folien beispielsweise erkennen, wenn es an einer Brücke oder in einem Gebäude zu Setzungen gekommen und damit die Standsicherheit gefährdet ist. (ud)

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