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Bionik: flexible Antireflexions-Beschichtung nach dem Vorbild von Mottenaugen

Mottenauge - Quelle: Pixabay

Smartphones und Tables sind heute ja immer und überall mit dabei. Ärgerlich nur, wenn man bei strahlendem Sonnenschein etwas auf dem Display lesen möchte. Das Glas-Display wirft die einfallenden Lichtstrahlen zurück und sorgt so für unerwünschte Lichtspiegelungen, die den Blick auf die Informationen unter dem schützenden Display verhindern. Hier sollen Antireflexions-Beschichtungen Abhilfe schaffen. Wissenschaftler der University of Central Florida haben eine solche Beschichtung nach dem Vorbild des Mottenauges entwickelt, die eine bessere Lesbarkeit und gleichzeitig einen Selbstreinigungseffekt verspricht.

Brechungsindex
Physikalische Grundlage für die Reflexionen ist der Brechungsindex (auch Brechzahl oder optische Dichte). Der Brechungsindex ist eine optische Materialeigenschaft.
An der Grenzfläche zweier Medien unterschiedlicher Brechungsindizes (z.B. Luft und Glas) wird Licht gebrochen und reflektiert. Wie stark es von seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt wird, hängt von dem Material ab. Der Brechungsindex von Luft liegt bei etwa 1; der von (Fenster-)Glas ist höher und liegt bei etwa 1,5.

Mottenaugen-Effekt
Motten fliegen nachts. Während sich viele nachtaktive Tiere durch das Glühen ihrer Augen verraten, sobald Licht darauf fällt, sind Motten echte Meister der Tarnung: Ihre Augenoberfläche reflektiert so gut wie gar nicht. Mottenaugen sind von einer entspiegelnden Struktur überzogen. Diese besteht aus mikroskopisch kleinen Noppen, die in sechseckigen Mustern angeordnet sind. Die winzigen Noppen sind nur 200 bis 300 Nanometer hoch. Die Anordnung und Größe der Noppen führt dazu, dass der Brechungsindex der Luft annähernd fließend in das Mottenauge übergeht. Durch diesen gleitenden Übergang der Brechungindizes gibt es keine scharfe Grenzfläche, wodurch die Lichtreflexion stark gemindert wird. Da die Noppen kleiner als die Lichtwellenlänge sind, wird die Lichtausbreitung nicht gestört. So dringt ein Maximum an Licht in das Mottenauge. Dies hat den Effekt, dass die Motte im Dunkeln sehen kann, ihre Augen jedoch kein Licht reflektieren.
Die Antireflexions-Beschichtung besteht also aus einer Nanostruktur. Sie sorgt dafür, dass weniger als 0,23 Prozent des Lichts zurückgeworfen werden und der Kontrast verbessert wird. Dadurch wird die Lesbarkeit im Freien deutlich verbessert.

Der Mottenaugen-Effekt ist schon länger bekannt und wurde schon früher angewendet, um Solarzellen mit einer Nanostruktur-Beschichtung auszustatten, damit die Lichtausbeute maximiert wird.

Selbstreinigungseffekt
Zusätzlich wurde eine Fluoralkylbeschichtung auf die Oberfläche aufgetragen, um die Hydrophobie (wasserabweisende Eigenschaft) zu verbessern. Der so erzeugte Selbstreinigungseffekt (Lotuseffekt) schützt die Displays vor Staub und Fingerabdrücken

Ausblick
Hinsichtlich der Lesbarkeit hat sich dieser Ansatz bewährt. Auch ist die Herstellung der Antireflexions-Beschichtung relativ kostengünstig möglich. Die Forscher arbeiten nun noch an der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Sie suchen noch nach der optimalen Balance zwischen Festigkeit und Flexibilität, damit die Folie entsprechend robust wird.

Quellen: