Schmucklos graubraune oder rostrote Nanostäbchen aus Eisenoxid-Partikeln erstrahlen plötzlich in einer intensiven Farbe, wenn sie mit Hilfe eines Magnetfeldes ausgerichtet werden. Das haben US-Forscher um Yadong Yin von der Universität von Kalifornien in Riverside jetzt gezeigt. Die Entdeckung könnte einmal die Basis für ein neues, kostengünstiges Farbdisplay bilden. Denn das System ermöglicht es, die Farbe einer mit den Nanostäbchen gefüllten Flüssigkeitszelle ein- und auszuschalten. Ein ähnliches Prinzip nutzen auch Flüssigkristalldisplays (LCDs) bei denen sich ein Bild aufbaut, indem die Ausrichtung winziger Kristalle mit dem An- und Abschalten des Stroms verändert wird. Die Eisenoxidstäbchen seien leicht herzustellen und das Material sei ungiftig, so dass sie durchaus eine Alternative zu etablierten Displaytechniken sein könnten, sagen die Wissenschaftler. Dank der geringen Größe der Nanopartikel sollten auch sehr hohe Auflösungen möglich sein, teilt die Universität von Kalifornien in einer Pressemitteilung mit.
Schon in früheren Versuchen hatten die Forscher gezeigt, wie sie in rostbraune Eisenoxidpartikel Farbe zaubern können: Sie verrühren die winzigen Teilchen zu einem Kolloid – die Partikel sind dabei in einer Flüssigkeit fein verteilt wie etwa die Fettkügelchen in der Milch. Wird dann ein Magnetfeld an die Flüssigkeit angelegt, orientieren sich die etwa hundert Nanometer (Millionstel Millimeter) großen Partikelchen um und bilden ein dreidimensionales, regelmäßiges Gittermuster. Je nach Magnetfeldeinstellung können die Forscher dabei die Abstände zwischen den einzelnen Partikeln variieren und damit die Farbe festlegen, in der die Flüssigkeit bei einfallendem oder durchstrahlendem Licht erstrahlt. Dabei ist das ganze Spektrum von Blau bis Rot möglich, konnten die Forscher im Reagenzglas zeigen.
Jetzt ist den Forschern der nächste Schritt hin zur Entwicklung eines Displays gelungen: Sie schafften es, eine bestimmte Farbe gewissermaßen einzufrieren. Dazu beschichten sie die einzelnen Eisenoxidpartikel mit Siliziumdioxid, woraufhin sich die Kügelchen automatisch in Reihen anordneten. Dann ummantelten die Wissenschaftler die Ketten mit einem weiteren Überschuss an Siliziumdioxid, so dass sich eine Art Miniatur-Erbsenschote bildete, in die die Partikelchen eingebettet waren. Diese Schote, von den Forschern auch als Nanostäbchen bezeichnet, kann eine Länge von etlichen Mikrometern (Tausendstel Millimeter) erreichen. Durch die gezielt eingestellten Abstände der Partikel und den Partikeldurchmesser in der Erbsenschote legen die Forscher auch hier die Farbe fest, in der die Schote erscheint.
Gibt man diese Nanostäbchen dann in eine Flüssigkeit, zeigt sich zunächst noch kein Farbeffekt, berichten die Wissenschaftler. Richtet man die Erbsenschoten jedoch per Magnetfeld aus, so erscheint die Flüssigkeit plötzlich in der eingestellten Farbe. Gelungen ist das bereits für Rot, Grün und Blau. Nach diesem Prinzip ließen sich künftig womöglich kleine Farbpixel bauen, die elektromagnetisch steuerbar sind. Für die Forscher ist dies ein vielversprechender Ansatz für neue Displays: Die Ausgangsmaterialien sind billig, ungiftig und leicht verfügbar. Einziges Manko: Die Farbpixel leuchten nicht selbst. Sie benötigen eine Hintergrundbeleuchtung oder müssen von außen beleuchtet werden.
Mitteilung der Universität von Kalifornien, Riverside dapd/wissenschaft.de – Martin Schäfer
