Die Farben von Perlen, Vogelfedern, Schmetterlingsflügeln und Opalen können nicht durch Pigmente entstehen, sondern durch die Art und Weise, wie Licht mit mikroskopischen Strukturen interagiert. Dieser als Strukturfarbe bekannte Effekt hat ein von Professor Shu Yin von der Universität Tohoku geleitetes Forschungsteam dazu inspiriert, gemeinsam mit Forschenden mehrerer Einrichtungen in Japan, Taiwan und China sowie mit der Daito Kasei Kogyo Co., Ltd. eine einfachere Herstellungsmethode zu entwickeln. Die Ergebnisse wurden in Advanced Materials veröffentlicht.
Viele bestehende Materialien mit Strukturfarben erfordern eine äußerst präzise Anordnung mikroskopischer Strukturen, wodurch ihre Herstellung komplex und kostspielig wird. Der neue Ansatz kombiniert stattdessen das unregelmäßige, geschichtete Erscheinungsbild von Perlen mit den lichtabsorbierenden Eigenschaften von Vogelfedern. Licht wird innerhalb der ungleichmäßigen Schichten reflektiert und interferiert dort, während Absorber die Sichtbarkeit ausgewählter Farben erhöhen.
Die Forschenden stellten zunächst geschichtete Materialien aus Ceriumcarbonat-Hydrat her. Seine dünnen, unregelmäßigen Schichten reflektieren Licht in verschiedene Richtungen und erzeugen durch Wechselwirkungen zwischen den reflektierten Wellen ein sanftes, perlmuttartiges weißes Erscheinungsbild. Anschließend brachten sie lichtabsorbierende Verbindungen, darunter Eisenoxyhydroxid, auf der Oberfläche auf. Durch Variation der Art und Menge dieser Materialien erzeugte das Team rote, blaue, violette und grüne Farben.
Eine Wärmebehandlung verbesserte die Stabilität der Materialien, indem sie Ceriumcarbonat-Hydrat in Ceriumoxid und Eisenoxyhydroxid in Eisenoxid umwandelte. Nach Angaben des Forschungsteams behielten die Materialien auch nach dem Erhitzen ihre geschichtete Struktur und ihr perlmuttartiges Erscheinungsbild bei.
Die Forschenden untersuchten außerdem mögliche Anwendungen, indem sie Kunstwerke und Beschichtungen herstellten, die Materialien in Kunststoffe einarbeiteten und sie als Erkundung ihres Potenzials in der Kosmetik auf menschliche Haut auftrugen. Professor Yin erklärte, die Entwicklung einer einfacheren Methode zur Erzeugung der Farben sei erst ein Ausgangspunkt gewesen; künftige Arbeiten würden sich auf ihre Verwendung in alltäglichen Anwendungen konzentrieren.
Die Studie mit dem Titel „Multi-Biomimetic Structural Colors Inspired by Pearls and Bird Feathers“ wurde von Zhiwei Wang und Kollegen verfasst und 2026 in Advanced Materials veröffentlicht. Ihr DOI lautet 10.1002/adma.75074.
Quellen: Phys.org.