04.11.2015 - Nagoya University

Winkelunabhängige Strukturfarben für weiche Materie

Eine Prise Ruß verleiht porösen Hydrogelen leuchtend helle Strukturfarben, die unabhängig vom Betrachtungswinkel sind

Eine Frage des Blickwinkels: Strukturfarben, die auf einen Reiz hin verändert werden können, gelten als äußerst interessant für Displays und Sensoren, aber ihr Farbton oder ihre Intensität kann bei flachen Betrachtungswinkeln abfallen. Japanische Wissenschaftlern haben jetzt ein poröses Hydrogel hergestellt, dessen leuchtende Strukturfarben sich gezielt durch Wärme einstellen lassen und die unabhängig vom Betrachtungswinkel sind.

Reizempfindliche Strukturfarben sind zum Beispiel Bestandteil von Chamäleonhaut oder der Haut von manchen Fischen. In der Natur bewirken Helligkeitsübergänge oder andere Umweltfaktoren Farbwechsel der Strukturfarben, indem sich durch Winkeländerung die Streuwellenlänge ändert. Bei künstlichen weichen Strukturen kann man durch die Temperatur ein Zusammenziehen oder Schwellen der farbgebenen Struktur hervorrufen. Ein Hydrogel, das auf Wärme mit Volumenänderung reagiert, haben nun Yukikazu Takeoka und seine Kollegen von der Universität Nagoya in Japan auf Basis eines Templats aus feinen Siliciumdioxid-Arrays hergestellt. Die poröse Struktur des Hydrogels zieht sich zusammen, ähnlich wie die Effekte in der Chamäleonhaut. "Die rasche Reaktion beruht auf der durchgehenden Porenstruktur infolge des kolloidalen amorphen Arrays", erklären die Wissenschaftler. Allerdings lässt inkohärente Streuung die Oberfläche des Hydrogels einfach weiß erscheinen.

Um die Strukturfarben des Arrays sichtbar zu machen, genügte dann aber ein winziger Zusatz von Ruß. "Im Ergebnis konnten wir aus den kolloidalen amorphen Arrays Strukturfarben erkennen, indem wir die inkohärente wellenlängenunabhängige Lichtstreuung im gesamten sichtbaren Bereich reduzierten und somit die Sättigung mit der Strukturfarbe verstärkten", erklären die Wissenschaftler. Der Rußeffekt blieb auch im thermosensitiven Hydrogel erhalten. Takeoka und seine Kollegen beobachten: "Die Hydrogele mit einem Rußgehalt von kleiner 0.1% zeigen leuchtende Strukturfarben, die wechseln, wenn sich das Volumen aufgrund unterschiedlicher Wassertemperaturen ändert." Die neuen rußdotierten Hydrogele sind daher neue weiche Materialien mit justierbaren Strukturfarben.

Was diese porösen farbigen Hydrogele jedoch besonders interessant macht, ist ihre Unabhängigkeit vom Beobachtungswinkel. Materialien wie Opale, die ebenfalls Strukturfarben aufweisen, konnten bislang nicht für Displays eingesetzt werden, weil ihre Farbe bei flachen Betrachtungswinkeln schwankt. Dennoch sind einstellbare Strukturfarben in Displays sehr vorteilhaft, weil sie ohne Filter auskommen. Als Anwendung für ihre neuartigen thermosensitiven porösen Hydrogele schweben den Autoren daher Vollfarbdisplays und Sensoren vor, die breite Betrachtungswinkel verlangen. Andere Einsatzmöglichkeiten seien die biochemische Sensorik und elektronische Papiere.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Strukturfarben
  • Hydrogele
  • Nagoya University
  • Siliziumdioxid
Mehr über Nagoya University
  • News

    KI ist bei der Analyse von Lungenkrankheiten genauso leistungsfähig wie medizinische Fachkräfte

    Eine Forschungsgruppe der Universität Nagoya hat einen KI-Algorithmus entwickelt, der die Lungenkrankheit idiopathische Lungenfibrose genau und schnell diagnostiziert. Der Algorithmus erstellt seine Diagnose ausschließlich auf der Grundlage von Informationen aus nicht-invasiven Untersuchung ... mehr

    Einfacher Urintest kann bei der Früherkennung von Hirntumoren helfen

    Eine aktuelle Studie von Forschern der Nagoya University zeigt, dass microRNAs im Urin ein vielversprechender Biomarker zur Diagnose von Hirntumoren sein könnten. Ihre Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht wurden, weisen darauf hin, dass re ... mehr

    Diamantene Drähte

    Kohlenstoff-basierte Nanomaterialien zeigen einzigartige Eigenschaften, die sie interessant für vielfältige technische Anwendungen machen, z.B. in Leichtbau und Elektronik, Energie-, Umwelt- und Medizintechnik. Ein internationales Forscherteam stellt jetzt einen neuen Ansatz zur Herstellung ... mehr

Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Grippe-Test mit synthetischen Genen

    Der quantitative Nachweis spezifischer Antikörper in komplexen Proben wie Blut kann Informationen über viele verschiedene Krankheiten liefern, benötigt aber meist eine aufwändige Labordiagnostik. Einen neuen Ansatz für eine rasche, kostengünstige, aber quantitative und spezifische Vor-Ort-D ... mehr

    Pharmaka mit Zuckerketten

    Viele Proteine tragen Muster aus Zuckermolekülen (Glykane) und bestehen aus mehreren aggregierten Untereinheiten. Diese Glycolisierung bzw. Oligomerisierung beeinflussen die Proteinfunktion entscheidend und sind für Biopharmaka zu berücksichtigen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellt ... mehr

    Spektroskopisch erfassbare Quantenbits

    Moleküle werden für Quantencomputer interessant, wenn sie einzeln ansteuerbare, miteinander wechselwirkende Quantenbit-Zentren aufweisen. Das ist der Fall in einem Molekülmodell mit drei unterschiedlichen Qubit-Zentren, das ein Forschungsteam jetzt in der Zeitschrift Angewandte Chemie vorst ... mehr