Forscher arbeiten an einem reflexionsarmen Display

Nanotechnik Forscher arbeiten an einem reflexionsarmen Display

24.04.2015Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Die Natur als Vorbild: Die Flügel des Glasflüglers, einer Schmetterlingsart, reflektieren maximal 5 Prozent des einfallenden Lichts. Forscher wollen den Effekt für Handy- und Laptop-Displays nutzbar machen.

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Kaum Reflexion: Im Gegensatz zu anderen durchsichtigen Flächen reflektieren die Flügel des Glasflüglers kaum Licht. Brillengläser oder Handydisplays könnten von der Erforschung des Phänomens profitieren.
(Foto: Radwanul Hasan Siddique, KIT)

Durchsichtige Materialien, wie etwa Glas, reflektieren immer einen Teil des einfallenden Lichtes. Einigen Tieren mit durchsichtigen Oberflächen, etwa der Motte bei ihren Augen, gelingt es, die Reflexion sehr gering zu halten. Die Flügel des in Mittelamerika beheimateten Glasflügler-Schmetterlings reflektieren nur sehr schwach, wenn man schräg auf die Flügel blickt. Je nach Blickwinkel sind das zwischen zwei und fünf Prozent des einfallendes Lichts. Zum Vergleich: Eine Glasscheibe wirft, je nach Blickrichtung, zwischen acht und 100 Prozent zurück, also ein Vielfaches des Schmetterlingsflügels.

Dabei reflektiert der Flügel nicht nur das gesamte für den Menschen sichtbare Spektrum schwach, sondern unterdrückt auch – überlebenswichtig für den Schmetterling – die für Tiere wahrnehmbaren Infrarot- und Ultraviolett-Wellen.

Nanostrukturen verantwortlich für geringe Reflexionen

Die Unregelmäßigkeit in Größe und Verteilung der Nanostrukturen auf der Oberfläche des Schmetterlingsflügels bewirkt die geringe Licht-Reflexion bei allen Blickwinkeln.
(Foto: Radwanul Hasan Siddique, KIT)

Um diesem bisher unerforschten Phänomen auf den Grund zu gehen, untersuchten die Wissenschaftler des KIT um Hendrik Hölscher den Flügel des Glasflüglers unter dem Rasterelektronenmikroskop. Vorherige Studien zeigten, dass bei anderen Tieren regelmäßige säulenförmige Nanostrukturen für die geringen Reflexionen verantwortlich sind. Auch bei den Schmetterlingsflügeln fanden die Forscher Nanosäulen, allerdings waren diese im Gegensatz zu den bisherigen Funden gänzlich unregelmäßig angeordnet und auch unterschiedlich groß. Die typische Höhe der Säulen variiert zwischen 400 und 600 Nanometern und der Abstand zwischen den Säulen zwischen 100 und 140 nm. Das entspricht etwa einem Tausendstel des menschlichen Haares.

In theoretischen Experimenten haben die Forscher diese Unregelmäßigkeit der Nanosäulen in Größe und Anordnung mathematisch abgebildet und konnten zeigen, dass die berechnete reflektierte Lichtmenge für unterschiedliche Blickwinkel genau der beobachteten Menge entspricht. Damit belegten sie, dass eben diese Unregelmäßigkeit der Nanosäulen die geringe Reflexion bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln bewirkt.

Für Hölschers Doktoranden Radwanul Hasan Siddique, der den Effekt entdeckte, ist der Glasflügler ein faszinierendes Tier: „Nicht nur optisch mit seinen durchsichtigen Flügeln, sondern auch wissenschaftlich, da er sich im Gegensatz zu anderen Naturphänomenen, bei denen Regelmäßigkeit oberstes Gebot ist, scheinbares Chaos zunutze macht und damit auch für den Menschen spannende Effekte erzielt.“

Schwach reflektierende Oberflächen

Die Ergebnisse eröffnen eine ganze Fülle von Anwendungsmöglichkeiten überall dort, wo schwach reflektierende Oberflächen gebraucht werden, etwa bei Brillengläsern oder Handydisplays. Die Infrastruktur am Institut für Mikrostrukturtechnik ermöglicht neben der theoretischen Erforschung des Phänomens auch die tatsächliche Umsetzung in die Praxis.

Erste Anwendungsversuche befinden sich momentan in der Konzeptionsphase, Experimente an Prototypen konnten aber bereits jetzt zeigen, dass diese Art der Oberflächenbeschichtung auch wasserabweisend und selbstreinigend wirkt.

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