Forschung : Schmetterlingsflügel als Vorbild für reflexionsarme Displays

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Forschung: Schmetterlingsflügel als Vorbild für reflexionsarme Displays
Bild: Radwanul Hasan Siddique, KIT

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Wissenschaftler den Glasflügler genauer unter die Lupe genommen und dabei unregelmäßige Nanostrukturen auf den durchsichtigen Flügeln des Schmetterlings entdeckt, die als Vorbild für reflexionsarme Displays oder auch Brillengläser dienen könnten.

Die Flügel des vornehmlich in Mittelamerika beheimateten Insekts reflektieren je nach Blickwinkel nur zwischen zwei und fünf Prozent des einfallenden Lichts, wohingegen beispielsweise Glas blickwinkelabhängig auf einen Wert von acht bis hundert Prozent kommt. Abseits des für den Menschen sichtbaren Lichtspektrums unterdrücken die Schmetterlingsflügel auch Infrarot- und Ultraviolett-Wellen.

Um herauszufinden, warum der Blickwinkel beim Glasflügler eine so geringe Rolle spielt, haben die Forscher sich das Tier unter dem Rasterelektronenmikroskop angesehen und festgestellt, dass dafür in Größe und Anordnung unregelmäßige Nanosäulen verantwortlich sind. Bereits bei vorhergehenden Studien mit anderen Tieren habe sich gezeigt, dass die Nanosäulen für die geringen Reflexionen sorgen, allerdings waren diese stets regelmäßig angeordnet. Laut den Wissenschaftlern variiert die typische Höhe der Säulen zwischen 400 und 600 Nanometern und der Abstand zwischen den Säulen zwischen 100 und 140 Nanometern, was etwa einem Tausendstel des menschlichen Haares entspreche.

In theoretischen Experimenten konnte nachgewiesen werden, dass tatsächlich die Unregelmäßigkeit der Nanosäulen für die geringe Reflexion bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln verantwortlich ist, da die berechnete reflektierte Lichtmenge für unterschiedliche Blickwinkel genau der beobachteten Menge entsprach. Derzeit befänden sich erste praktische Anwendungsversuche am hauseigenen Institut für Mikrostrukturtechnik in der Konzeptionsphase, jedoch hätten Experimente an Prototypen bereits gezeigt, dass diese Art der Oberflächenbeschichtung auch wasserabweisend und selbstreinigend wirkt.

Die Wissenschaftler sehen anhand des bisherigen Forschungsstandes bereits eine breite Palette an Anwendungsmöglichkeiten, bei denen schwach reflektierende Oberflächen gefragt sind, allen voran bei Smartphone-Displays und Brillengläsern. Die bisherigen Forschungsergebnisse wurden kürzlich ausführlich im Fachmagazin Nature veröffentlicht.