Bunter 3D-Druck aus Strukturfarben

Ein kleines Bild eines Chamäleons schillert in vielen Farben. Doch es enthält kein einziges Farbpigment, sondern nur filigran strukturierte Kunststofflamellen. Dieses Kunststück gelang Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die ein neues Verfahren zum Drucken sogenannter Strukturfarben entwickelt haben. Wie sie in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ berichten, entwickelten sie dafür einen speziellen 3D-Drucker. Mit diesem stellten sie winzige Strukturen aus Kunststoffen her, die wir als bunt wahrnehmen – von blau bis orange.

Strukturfarben sind in der Natur weit verbreitet. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Farbstoffen lassen sie den Farbeindruck nicht durch bestimmte Farbpigmente, sondern durch die Oberflächenstruktur entstehen. So finden sich in bunten Vogelfedern oder in den farbigen Flügeln von Schmetterlingen filigrane Nanostrukturen, die nur bestimmte Farben reflektieren. Selbst das Blau von Blaubeeren oder reifen Pflaumen beruht auf solchen Strukturfarben in der dünnen Haut der Früchte.

Bestrahlung der Tinte mit UV-Licht bestimmt die Farbe

Sanghyun Jeon von der University of Illinois at Urbana-Champaign und seine Arbeitsgruppe ahmten diesen Effekt nun im Labor nach. Dazu mischten sie eine spezielle Tinte an: In einem Lösungsmittel waren Molekülketten auf der Basis der Kunststoffe Polystyrol und Polymilchsäure verteilt. Mit einem 3D-Drucker trugen sie diese Tinte kontrolliert auf einer Oberfläche auf. Währenddessen bestrahlten die Forschenden die Tinte mit ultraviolettem Licht. Je nachdem, wie stark die UV-Strahlung war, ordneten sich die Polymerketten zu feinen Lamellen mit unterschiedlichen Abständen von einigen hundert Nanometern an. Das Ergebnis: Lamellen mit kleinen Abständen reflektierten bevorzugt kurze Lichtwellen, sprich: blaues Licht. Weiter entfernte Lamellen schillerten hingegen in langwelligem Orange.

Doch nicht nur ein buntes Chamäleon druckten Sanghyun Jeon und sein Team mit diesen Strukturfarben. Ihnen gelang auch ein notizzettelgroßer, farbiger Druck des Gemäldes Sternennacht von Vincent van Gogh. Mit ihrem Prototyp zeigten sie eindrucksvoll, dass sich Strukturfarben auch mit einem Drucker kontrolliert erzeugen und anordnen lassen. Auf diese Weise könnten Forschende in Zukunft bunte Beschichtungen ganz ohne möglicherweise giftige Farbstoffe entwickeln.