Die Morpho-Schmetterlinge in Südamerika sind bekannt für ihre strahlend blauen Flügel. Zerreibt man so einen Flügel in einem Mörser, erhält man allerdings kein blaues Pulver. Denn das Blau der Flügel beruht nicht auf Pigmenten. Es ist eine sogenannte Strukturfarbe.
"Strukturfarben entstehen, wenn einfallendes Licht mit einer feinen Textur an der Oberfläche von Objekten interagiert. Im Gegensatz zu konventionellen Farben, bei denen Pigmente die Färbung vorgeben, werden Strukturfarben typischerweise durch Nanostrukturen des Materials erzeugt."

Anders Kristensen ist Physiker an der Technischen Universität von Dänemark in Kopenhagen. Seit Jahren erforscht er, wie sich Strukturfarben wie beim Morpho-Falter technisch erzeugen lassen – und zwar als optische Effekte sogenannter Metaoberflächen. Feinste Strukturen mit Dimensionen von unter 100 Nanometern sorgen dafür, dass von der Oberfläche nur Lichtanteile einer bestimmten Wellenlänge, das heißt: Einer bestimmten Farbe reflektiert werden.

Anders Kristensen und Kollegen entwickelten noppenartige Beschichtungen aus Polymeren mit einer Auflage aus Germanium. Form und Größe der Noppen bestimmen dabei die Strukturfarbe. Die Forscher fanden jetzt heraus, dass sie die Grundfärbung einer solchen Metaoberfläche auch nachträglich gezielt manipulieren können – mit einem Laser.
"Um die Farben zu verändern, erhitzen wir die Nanonoppen kurzzeitig lokal mit einem Laser. Sie schmelzen dann und wandeln ihre Form. Wir können auch Material verdampfen lassen und darüber die Größe beeinflussen. Auch das verändert die Farbe."

Anders Kristensen hat das Verfahren bereits so weit entwickelt, dass er sogar mehrfarbig Strukturfarben drucken kann – ganz ohne Tinte oder Toner. Dafür benötigt er nur ein Spezialpapier mit passender Nanobeschichtung. Während der Laser Zeile für Zeile über dessen Oberfläche fährt, wird die Intensität des Laserstrahls gezielt so reguliert, dass er Punkt für Punkt die gewünschte Strukturfarbe hinterlässt. Die dabei erzielbare Druckauflösung ist sehr hoch. 120.000 Punkte pro Zoll, also "Dots per Inch", kurz DPI, sind möglich. Zum Vergleich: Moderne Bürolaserdrucker erreichen typischerweise 600 bis 1200 DPI. Mit dem Strukturfarben-Laserdruck lassen sich extrem scharfe Miniaturabbildungen erzeugen.

"Ich kann ein Passfoto in Farbe ausdrucken – allerdings so klein, dass es in ein einzelnes Pixel im Bildschirm eines Smartphones passt. So könnte man also Informationen auf der Oberfläche eines Produktes verstecken. Man bräuchte ein Mikroskop um sie zu sehen, die blanken Augen reichen dafür nicht aus."

Miniaturisierte Wasserzeichen, um Produkte zu kennzeichnen, und vor Produktpiraterie zu schützen – das ist eine der ersten Anwendungen, die sich Anders Kristensen für den Strukturfarbendruck in Zukunft vorstellen kann. Später einmal könnte die Technik aber auch zur Konkurrenz für klassische Tinten- oder Laser-Drucker werden.

"Man könnte den heutigen Laserdruck ersetzen. Anstatt ständig verschiedenfarbige Tonerkartuschen oder Tintenbehälter kaufen und tauschen zu müssen, braucht man nur noch ein Spezialpapier mit dieser Metaoberflächenbeschichtung."
Bis dahin ist allerdings noch viel Entwicklungsarbeit nötig. Solches Spezialpapier ist bisher extrem teuer und noch lange nicht als Massenprodukt im DIN-A4-Format verfügbar. Außerdem sind das darstellbare Spektrum und der erreichbare Kontrast der Farben noch etwas eingeschränkt. Anders Kristensen will in Zukunft neben Germanium noch andere Optionen bei der Nanobeschichtung testen. Er ist überzeugt, bald passende Metaoberflächen entwickeln zu können, auf denen er alle gewünschten Strukturfarben drucken kann.