Schmetterlinge bleichen in der Sonne nie aus

Mit der Event-Reihe „Wissenschaft auf AEG“ stellt die Friedrich-Alexander-Universität aktuelle und hochspannende Forschungsprojekte einem breiten Publikum vor. Professor Nicolas Vogel referierte über Selbstorganisationsprozesse in der Natur.

Es gibt Fragen, die sind so naheliegend, dass man sich wundert, dass sie nicht schon eher gestellt worden sind. Eine solche richtet Nicolas Vogel am Montagabend in Nürnberg an sein Publikum. "Haben Sie schon einmal einen ausgeblichenen Schmetterling gesehen?", fragt der Professor für Partikelsynthese. Er erntet vielfaches Kopfschütteln. Seine Frage ist berechtigt. Denn die Sonne bleicht mit der Zeit viele Farben aus. Warum erleidet ein Schmetterling aber nicht das gleiche Schicksal?

Das Geheimnis ist dessen Struktur, sagt der 36-Jährige, der an der Uni Erlangen-Nürnberg im Department für Chemie- und Bioingenieurwesen ein Forscherteam am Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik leitet. In der Vortragsreihe "Wissenschaft Auf AEG", die die NZ präsentiert, erklärt Vogel, dass in der Natur hervorragende Architekturen im kleinsten Maßstab zu finden sind. Diese Strukturen im Nanometerbereich sind mehr als hundert Mal kleiner als ein menschliches Haar und so für das Auge nicht direkt zu erkennen. Dennoch sind diese Strukturen dafür verantwortlich, dass etwa die Oberfläche der Lotuspflanze wasserabweisend ist und Muscheln extrem robust sind. Vogel arbeitet an der Uni daran, diese Struktur im Labor nachzubauen.

Die Flügel des Schmetterlings, die oft in grellen Farben schimmern, bestehen etwa aus winzigen übereinandergelagerten Schuppen, die wiederum viele kleine Löcher aufweisen. Fällt Licht auf die Flügel, wird es durch die Struktur reflektiert und verstärkt. Die Lichtwellen überlagern sich – wie eine Welle am Strand, die wächst, weil sich mehrere Wellen vereinen.

Der Farb-Effekt lässt sich im Labor nachbauen. Dazu verwendet Nicolas Vogel Plastikkugeln, sogenannte Kolloide. Kolloide sind winzig. Ihre Größe verhält sich zu einem Fußball, wie ein Fußball zur Erde. Dem Wissenschaftler hilft, dass die Kugeln selbst eine bestimmte Ordnung annehmen. Gibt man Kolloide in eine Flüssigkeit, reihen sie sich aneinander – wie Badewannenenten. Und weil Kolloide rund sind, lagern sie sich auch übereinander – ähnlich Orangen, die an der Obsttheke übereinandergestapelt sind. Zwischen den Kugeln entstehen Hohlräume. Füllt diese ein bestimmtes
Substrat aus und werden die Kugeln verbrannt, bleibt eine Struktur mit vielen gleichgroßen Löchern zurück. Wird diese Licht ausgesetzt, schimmert sie – wie die Flügel eines Schmetterlings. "Wir nehmen einfache Bausteine, kontrollieren ihre Anordnung und machen daraus funktionierende Materialien", fasst Vogel den Kern seiner Arbeit zusammen. "Die Natur hat gute Lösungen entwickelt."

Auch von Muscheln können die Wissenschaftler viel lernen. Denn sie sind hart und schlagzäh zugleich. Normalerweise besitzen Werkstoffe nur eine der beiden Eigenschaften. Auch hier ist die Struktur wieder entscheidend. In der Muschelwand werden weiche und harte Elemente kombiniert. Die Struktur ähnelt einer Ziegelsteinwand, der Mörtel ist ein weicher Proteinklebstoff. Trifft ein Schlag die Muschel wird die Energie an den einzelnen versetzten Platten abgelenkt und verliert dadurch Energie.

Auch diese Struktur lässt sich im Labor nachbauen. Als Bausteine dienen Plättchen aus Aluminiumoxid. Diese werden mit magnetischen Nanopartikeln beschichtet, damit sie dann ausgerichtet werden können.

Mit dem künstlichen Nachbau bestimmter Eigenschaften will Vogel das Leben der Menschen vereinfachen. Der wasserabweisende Effekt der Lotuspflanze kann zum Beispiel dahingehend verwendet werden, dass Schmutz nicht mehr an Oberflächen haftet – besonders beim Einsatz von medizinischen Geräten bei Operationen kann das überlebenswichtig sein.

Die nächsten Vorträge der Reihe "Wissenschaft Auf AEG" gibt es im Mai: www.fau.de/universitaet/das-ist-die-fau/veranstaltungen/wissenschaft-auf-aeg/

Termine der Schwesterveranstaltung "Wissenschaft im Schloss" : www.wissenschaft-im-schloss.de