Innovative Herstellung ultraschwarzer Textilien nach biologischem Vorbild
Die Herausforderung ultraschwarzer Materialien
Die Herstellung von Materialien, die als „ultraschwarz“ bezeichnet werden, war bislang eine komplexe und kostspielige Angelegenheit. Solche Materialien reflektieren weniger als 0,5 Prozent des einfallenden Lichts und sind daher für verschiedene Anwendungen in Technik und Mode interessant. Bisherige Methoden erforderten oft giftige Substanzen und führten zu unflexiblen Materialien, die schwer anwendbar waren. Zudem war es schwierig, Materialien zu entwickeln, die aus jedem Blickwinkel gleich dunkel erscheinen.
Inspiration durch die Natur: Der Prachtparadiesvogel
Ein Forschungsteam um Hansadi Jayamaha von der Cornell University hat sich von der Natur inspirieren lassen, um diese Herausforderungen zu meistern. Der Prachtparadiesvogel (Ptiloris magnificus) besitzt ein Gefieder, das extrem wenig Licht reflektiert. Die Federn dieses Vogels enthalten nicht nur viele Melaninpigmente, sondern weisen auch eine besondere mikroskopische Struktur auf. Feine, haarähnliche Strukturen, sogenannte Barbulen, lenken das Licht nach innen und absorbieren es fast vollständig.
Entwicklung des ultraschwarzen Wollstoffs
Die Forscher nutzten Merinowolle als Ausgangsmaterial. Zunächst wurde die Wolle in Polydopamin getränkt, einem synthetischen Melaninpigment, um eine schwarze Grundfärbung zu erreichen. Anschließend wurde das Gewebe in einer Plasmakammer behandelt, um die Oberfläche zu verätzen. Diese Behandlung führte zur Bildung von Nanofibrillen – winzigen, stachelartigen Strukturen, die die Barbulen der Vogelfedern nachahmen. Diese Nanofibrillen sorgen dafür, dass das Licht zwischen ihnen hin- und hergeworfen und fast vollständig absorbiert wird.
Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten
Der entwickelte Wollstoff reflektiert bei direkter Draufsicht nur 0,13 Prozent des einfallenden Lichts und ist damit das dunkelste jemals hergestellte Gewebe. Selbst bei seitlicher Betrachtung bleibt der Stoff extrem dunkel. Ein weiterer Vorteil dieses Materials ist seine Atmungsaktivität und Anpassungsfähigkeit, was es ideal für die Modeindustrie macht. Zudem ist der Stoff waschbar und behält seine Farbintensität.
Neben der Modeindustrie bietet der ultraschwarze Stoff auch Potenzial für andere Anwendungen. In der Tarnkleidung könnte er zur Thermoregulierung genutzt werden, indem er Licht absorbiert und in thermische Energie umwandelt. Auch in der Elektronik und Optik, beispielsweise in Kameras, Solarpanels und Teleskopen, könnte das Material eingesetzt werden, um unerwünschte Lichtreflexionen zu minimieren.
