Bionik: Strahlendes Weiß ohne Titandioxid

Titandioxid verleiht Oberflächen das beliebte strahlende Weiß, das die Dinge sauber, hell und modern wirken lässt. Lacke, Farben und Kunststoffe, Möbel, Kosmetika, Lebensmittel, Kaugummi, Tabletten – kaum ein Bereich kommt heutzutage ohne das industrielle Standard-Farbpigment aus. Doch Titandioxid ist umstritten. Es steht unter Verdacht, gesundheitsschädlich zu sein. Professor Hendrik Hölscher vom Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) erklärt dazu: „Titandioxid hat einen sehr hohen Brechungsindex, es reflektiert einfallendes Licht fast vollständig, hat jedoch den Nachteil, dass sich seine Partikel nicht abbauen und dadurch auf Dauer die Umwelt belasten.“

Strahlendes Weiß nach dem Vorbild der Natur

Ein am KIT neu entwickeltes Verfahren verspricht jetzt Abhilfe. Die Forscher nahmen sich die Natur zum Vorbild, genauer gesagt Cyphochilus insulanus. Diese Käferart besitzt einen Chitinpanzer, der dank einer besonderen Nanostruktur auffällig weiß erscheint. „Nach diesem Vorbild stellen wir aus Polymeren feste, poröse Nanostrukturen her, die einem Schwamm ähneln“, erläutert Hölscher, der die Forschungsgruppe für biomimetische Oberflächen leitet. Wie im Fall von Bläschen von Rasier- oder Badeschaum sorgt die Struktur für eine Streuung des Lichts, die zur Folge hat, dass das Material weiß wirkt.

Die mittels des neuen Verfahrens hergestellten Polymerfolien sind extrem dünn, flexibel und leicht, aber dennoch mechanisch stabil. Industriell können sie auf unterschiedliche Produkte aufgebracht werden, um ihnen eine attraktive weiße Optik zu verleihen. Bei einer Stärke von neun Mikrometern – neun Tausendstel Millimeter – reflektiert die neuentwickelte Polymerfolie mehr als 57 Prozent des einfallenden Lichts. 80 bis 90 Prozent lassen sich mit einer dickeren Folie erreichen.

Produkte umweltfreundlicher machen

Neben Folien können nach Überzeugung von Höscher auch ganze Gegenstände gefärbt werden. „Wir planen als nächsten Schritt Partikel, zum Beispiel kleine Kügelchen, herzustellen, um sie in andere Materialien einbringen zu können. Es gibt bereits Anfragen von Firmen, die bestrebt sind, ihre Produkte umweltfreundlicher zu machen.“

Die Neuentwicklung ist ein eindrucksvoller Beweis für die Bedeutung der Bionik, die die Phänomene der Natur zu verstehen und zu imitieren versucht. Immer wieder liefert sie Lösungen, die man sonst vermutlich nie gefunden hätte. Laut Professor Hölscher verfolgt die Natur andere Ansätze als der Mensch: Statt Materialien aus vielen Elementen zu verwenden, beschränkt sie sich meist auf nur ein Grundmaterial mit mechanischen, optischen oder physikalisch-chemischen Eigenschaften, die aus komplexen dreidimensionalen Strukturen resultieren.

Weitere Informationen:
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
www.kit.edu

Bildhinweis:
Nach dem Vorbild des weißen Käfers Cyphochilus insulanus erzeugt ein nanostrukturierter Polymerfilm eine strahlend weiße Beschichtung. (Foto: Julia Syurik, KIT)