13.09.2019 - American Chemical Society (ACS)

Eine Chamäleon-inspirierte, intelligente Haut verändert die Farbe in der Sonne

Einige Geschöpfe, wie Chamäleons und Neon-Tetrafische, können ihre Farben ändern, um sich zu tarnen, einen Partner zu finden oder Raubtiere einzuschüchtern. Wissenschaftler haben versucht, diese Fähigkeiten zu replizieren, um künstliche "intelligente Haut" herzustellen, aber bisher waren die Materialien nicht robust. Jetzt haben die Forscher, die in ACS Nano berichten, eine Seite aus dem Spielbuch des Chamäleons genommen, um eine flexible, intelligente Haut zu entwickeln, die ihre Farbe als Reaktion auf Hitze und Sonnenlicht ändert.

Die Farbtöne der Chamäleonhaut basieren nicht wie die meisten Farben auf Farbstoffen oder Pigmenten, sondern auf Arrays winziger Strukturen, die als photonische Kristalle bekannt sind. Licht reflektiert von diesen mikroskopischen Oberflächen und stört andere Strahlen des reflektierten Lichts, wodurch eine Farbe entsteht. Der Farbton ändert sich, wenn der Abstand zwischen den photonischen Kristallen variiert - zum Beispiel, wenn ein Chamäleon seine Haut verspannt oder entspannt. Um diese natürlichen Fähigkeiten nachzuahmen, haben Wissenschaftler photonische Kristalle in flexible Materialien, wie Hydrogele, eingebettet und ihre Farben verändert, indem sie das Material wie ein Akkordeon zusammenziehen oder expandieren. Diese großen Größenschwankungen können das Material jedoch belasten und zum Knicken bringen. Khalid Salaita und Kollegen wollten sich die Chamäleonhaut genauer ansehen und das Gelernte nutzen, um eine belastungsgerechte, intelligente Haut zu entwerfen.

Beim Betrachten von Zeitrafferaufnahmen der Chamäleonhaut stellten die Forscher fest, dass nur ein kleiner Teil der Hautzellen tatsächlich photonische Kristallarrays enthält, während der Rest farblos ist. Das Team kam zu dem Schluss, dass die farblosen Zellen helfen könnten, die Belastung aufzunehmen, wenn sich die photonischen Kristalle zusammenziehen und ausdehnen. Inspiriert von dieser Beobachtung strukturierten die Forscher Arrays von photonischen Kristallen in einem Hydrogel und betteten diese Arrays dann in ein zweites, farbloses Hydrogel ein, das als Trägerschicht fungierte. Beim Erwärmen änderte das resultierende Material seine Farbe, blieb aber gleich groß. Die intelligente Haut veränderte auch ihren Farbton als Reaktion auf das natürliche Sonnenlicht, ähnlich wie es ein Tetrafisch tut. Das neue Material könnte eines Tages Anwendungen in den Bereichen Tarnung, Signalisierung und Fälschungssicherheit finden, sagen die Forscher.

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Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • künstliche Haut
  • Hydrogele
  • photonische Kristalle
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