Das Federkleid eines Pfaus schillert in kräftigen Blau- und Grüntönen. Doch wer die Federn des prachtvollen Vogels einmal genauer unter die Lupe nimmt, stellt fest: Sie enthalten nur einen einzigen Farbstoff, das braune Pigment Melanin. All seine anderen Farben verdankt der Pfau einem Phänomen namens strukturelle Färbung. Mikroskopische Strukturen auf den Federn spalten und reflektieren das einfallende Tageslicht so, dass immer nur bestimmte Wellenlängen – sprich: Farben – unser Auge erreichen.
Strukturelle Färbung ist in der Natur weit verbreitet. Man kennt sie etwa von Schmetterlingsflügeln, Käferpanzern und der veränderlichen Haut des Chamäleons – und nun auch aus den Labors der Empa in Dübendorf. Dort haben Forschende des Labors «Cellulose and Wood Materials» nämlich ein schillerndes Material mit struktureller Färbung entwickelt.
Dabei haben sich die Wissenschaftler rund um Laborleiter Gustav Nyström nicht nur bei der Farbgebung von der Natur inspirieren lassen, sondern auch bei den Inhaltsstoffen ihres Materials. Es basiert nämlich auf Wasser, Kohlenstoff und Cellulose, dem Hauptbestandteil von pflanzlichen Zellwänden. Es ist eine ganz besondere Form der Cellulose, die in Wasser sogenannte Flüssigkristalle bildet und das Material schillern lässt.
Wie ein Chamäleon verändert das Gemisch seine Farbe je nach den äusseren Umständen, etwa, wenn man es dehnt, erwärmt oder elektrischen Strom hindurchschickt. Somit könnte es als Sensor oder sogar als Display eingesetzt werden. Anders als herkömmliche LCD-Displays, die giftige Chemikalien enthalten, ist das Kohlenstoff-Cellulose-Gemisch biologisch abbaubar und könnte in nachhaltiger «grüner Elektronik» zum Einsatz kommen.
Um die Herstellung von präzisen Komponenten zu erleichtern, haben die Forschenden ihr Material zudem 3D-druckbar gemacht. «Wir haben in unserem Labor bereits unterschiedliche elektronische Komponenten auf der Basis von Cellulose hergestellt, etwa Batterien und Sensoren», so Nyström. «Nun konnten wir erstmals auch ein Cellulose-basiertes Display entwickeln.»
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