Mottenaugen als Vorbild für die bessere Erkennbarkeit von Smartphones bei Sonnenschein
Neben dem äußeren Erscheinungsbild haben Motten (die hässlichen Vettern der Schmetterlinge) etwas Außergewöhnliches: ihre Augen. Sie reflektieren nicht. Einzigartige Strukturen im Subwellenlängenbereich überdecken ihre Augen und können die Lichtreflexion minimieren. Angeregt durch die antireflektierenden Nanostrukturen, mit denen die Augen der Motten bedeckt sind, haben die Forschenden eine neuartige und kosteneffiziente Plattform für die Herstellung von Nanostrukturen im Subwellenlängenbereich auf großen und nicht ebenen Oberflächen entwickelt. „Es ist verblüffend, wie die Natur Nanostrukturen nutzt“, sagt Parvaneh Mokarian, Koordinatorin des EU-finanzierten Projekts SUN-PILOT. Die Inspiration durch die Natur war vielleicht der einfachste Teil des Projekts. Die Herausforderung bestand darin, eine saubere, nachhaltige und kosteneffiziente Nanostrukturierungstechnologie sowie geeignete Materialien zu entwickeln, die in größerem Maßstab eingesetzt werden können, und zwar für Anwendungen im Bereich der optischen Komponenten und für die Automobilindustrie. „Bei unserem Projekt geht es um eine alternative Technologie für eine Vielzahl von Anwendungen“, erklärt Mokarian, die an der School of Chemistry und am Advanced Material and BioEngineering Research Centre (AMBER) des Trinity College Dublin forscht, das von der Science Foundation Ireland finanziert wird. „Zwar gibt es verschiedene Verfahren für die Herstellung dieser neuartigen Muster, aber viele dieser Technologien haben ihre Grenzen. So ist es beispielsweise bei der Lithografie aufgrund der Auflösung von Licht oder Elektronen nicht möglich, kleinere Maßstäbe zu erzielen. Außerdem wird es sehr teuer, wenn man diese neuartigen Muster in größerem Maßstab und auf gekrümmten Oberflächen herstellen will.“
Von der Optik zum Automobil und immer weiter
Stellen Sie sich eine Welt vor, in der der Bildschirm Ihres Smartphones das Sonnenlicht nicht mehr reflektiert? Und was wäre, wenn sich die Armaturenbretter von Fahrzeugen selbst reinigen könnten? All das ist durch den Einsatz der Nanotexturierung im Subwellenlängenbereich möglich. Vor diesem Hintergrund wurde das Projekt SUN-PILOT in zwei Richtungen vorangetrieben. Die erste beinhaltet die optische Industrie, die Antireflexionsoberflächen entwickelt. „Diese Technologie wird eingesetzt, damit Sie das Display Ihres Smartphones ohne Spiegelung sehen können“, erklärt sie. „Nanostrukturen sind eine Alternative zur Beschichtung.“ Die zweite Richtung ist die Automobilindustrie für den Spritzguss von Kunststoffteilen. Sie ist ebenfalls an einer Alternative zu Beschichtungen für entspiegelte Bildschirme, farbige Kunststoffteile durch strukturelle Einfärbung und Strukturen gegen Fingerabdrücke interessiert. „Vom ersten Tag an wussten wir, dass dies ein äußerst anspruchsvolles Projekt sein würde“, sagt Mokarian. „SUN-PILOT war kein normales inkrementelles Projekt.“ Elf Partner aus sechs europäischen Ländern haben zwei Dinge erreicht. Erstens lieferten sie eine bahnbrechende Technologie auf Pilotebene, um das Leistungs- und Kostenverhältnis von Geräten für die optische Industrie zu verbessern. Dies geschah durch die Herstellung kratz- und verschleißfester optischer Oberflächen mit Nanomustern, die antireflektierend sind. Zweitens profitierte die Automobilindustrie von der Optimierung eines Prozesses und von additiven Materialien, die auf Formen anwendbar sind, die mit einem beliebigen Nanostrukturierungsverfahren für den Spritzguss hergestellt wurden, um funktionelle Oberflächen zu niedrigeren Kosten als bei den bestehenden Laminierungsverfahren herzustellen. Darüber hinaus zeigt unsere Lebenszyklusanalyse, dass das SUN-PILOT-Nanostrukturierungsverfahren sowohl in der Optik als auch in der Automobilindustrie umweltfreundlicher als herkömmliche Beschichtungsmethoden ist. Für die Zukunft stellt Mokarian fest, dass die Zahl der Branchen und potenziellen Anwendungen mit dem Wachstum des Marktes für Berührungsbildschirme voraussichtlich zunehmen wird. Was die zukünftigen und potenziellen Anwendungen angeht, sind der Fantasie keine Grenzen gesetzt. So werden beispielsweise die Autos der Zukunft autonom sein und viele Sensoren besitzen. Die Nanostrukturierung kann die Empfindlichkeit der Sensoren erhöhen. „Es herrscht ein großes Interesse an diesem Projekt“, erklärt Mokarian. „Große Unternehmen, die beispielsweise an Bildschirmen oder am Spritzguss von Kunststoffteilen arbeiten, sind allesamt interessiert.Allerdings hat bislang noch niemand ein voll funktionsfähiges Nanostrukturierungsverfahren für die Massenproduktion und den industriellen Einsatz gefunden. Zahlreiche kleine Unternehmen arbeiten an verschiedenen Verfahren, um dieses Problem zu lösen. Wir stehen erst am Anfang.“
Schlüsselbegriffe
SUN-PILOT, Motten, Optik, Nanostrukturen, Nanostrukturierungstechnologie, Antireflexionsoberflächen,
