Ein internationales Forscherteam ahmt die vielschichtige Nanostruktur eines Schmetterlingsflügels nach und hat einen Siliziumwafer entwickelt, der sowohl Luft als auch Licht einfängt.
Ein internationales Forscherteam ahmt die vielschichtige Nanostruktur eines Schmetterlingsflügels nach und hat einen Siliziumwafer entwickelt, der sowohl Luft als auch Licht einfängt. Diese wasserabweisende Oberfläche könnte in elektrooptischen Geräten, Infrarot-Bilddetektoren oder chemischen Sensoren Verwendung finden.
Bildnachweis: Deanster1983
Die leuchtend blauen Flügel des Gebirgsschwalbenschwanzes (Papilio ulysses) lassen leicht Wasser ab, da winzige Strukturen in den Flügeln des Schmetterlings die Luft einschließen und ein Kissen zwischen Wasser und Flügel bilden.
Menschliche Ingenieure würden gerne ähnlich wasserabweisende Oberflächen herstellen, aber frühere Versuche mit künstlichen Luftfallen neigten dazu, ihren Inhalt im Laufe der Zeit aufgrund äußerer Störungen zu verlieren.
Jetzt hat ein internationales Team von Forschern aus Schweden, den USA und Korea die normalerweise als Fehler im Nanoproduktionsprozess geltenden Möglichkeiten genutzt, um eine mehrschichtige Siliziumstruktur zu schaffen, die Luft einschließt und länger als ein Jahr hält.
Mithilfe eines Ätzprozesses schnitzten die Forscher Poren im Mikromaßstab heraus und formten winzige Kegel aus dem Silizium. Das Team stellte fest, dass Merkmale der resultierenden Struktur, die normalerweise als Defekte angesehen werden könnten, wie z. B. Hinterschneidungen unter der Ätzmaske und überbackene Oberflächen, die wasserabweisenden Eigenschaften des Siliziums tatsächlich verbesserten, indem sie eine mehrschichtige Hierarchie von Luftfallen bildeten. Durch die komplizierte Struktur von Poren, Kegeln, Erhebungen und Rillen gelang es auch, Licht einzufangen und Wellenlängen knapp über dem sichtbaren Bereich nahezu perfekt zu absorbieren.
Die biologisch inspirierte Oberfläche ist in der AIP-Fachzeitschrift Applied Physics Letters beschrieben.
Fazit: Ein internationales Forscherteam hat einen Siliziumwafer geschaffen, der sowohl Luft als auch Licht einfängt und der auf der vielschichtigen Nanostruktur eines Schmetterlingsflügels basiert. Diese wasserabweisende Oberfläche könnte in elektrooptischen Geräten, Infrarot-Bilddetektoren, oder chemische Sensoren.