Breitbandreflektierende Fasern mit maßgeschneiderten Strukturen nach dem Vorbild von Wüstenameisen

Viele lebende Organismen bilden photonische Strukturen, um optische Effekte zu generieren die für ihr Überleben entscheidend sind. In der Mehrzahl der Fälle handelt es sich um periodisch geordnete Strukturen, aber die Natur hat im Laufe der Evolution auch ungeordnete photonische Strukturen hervorgebracht. Diese zeigen oft funktionsspezifisch adaptierte optische Eigenschaften, die mit periodisch geordneten Strukturen bei gleicher Materialzusammensetzung nicht erreichbar sind. Insekten wie unser Modellorganismus, die silbern schimmernde Wüstenameise Cataglyphis bombycina, haben sich an die extreme Sonneneinstrahlung in ihrem Lebensraum angepasst indem ihr Körper mit einer dichten Lage von Borsten besetzt ist. Diese fadenförmigen photonischen Strukturen haben eine faszinierende, ungeordnete hierarchische Architektur und schirmen die Tiere durch Breitbandreflexion vor Sonnenlicht ab. Welche strukturellen und zusammensetzungsbedingten Parameter für die Effizienz ihrer reflektiven Eigenschaften verantwortlich sind, ist noch nicht untersucht worden. Das Ziel dieses Vorhabens ist, die Charakterisierung von Struktur, Zusammensetzung und optischen Eigenschaften mit einer theoretischen Untersuchung zu verbinden, um die Zusammenhänge zwischen ungeordneter Struktur und Breitbandreflexion der Borsten aufzuklären. Die Ergebnisse ermöglichen die Einführung von Designregeln für eine neue Klasse von synthetischen Textilfasern aus organischen Materialien mit hocheffizienten Breitbandreflexionseigenschaften, die durch eine unregelmäßige Architektur und maßgeschneiderte strukturelle Unordnung auf der Mikro- und Nanometerskala generiert werden.

DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme

Teilprojekt zu SPP 1839: Tailored Disorder - A science- and engineering-based approach to materials design for advanced photonic applications

Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner Professor Dr. Georg von Freymann; Professor Dr. Georg Maret; Professorin Dr. Yael Politi, Ph.D.; Dr. Matthias Wittlinger; Professor Dr. Thomas Zentgraf; Privatdozent Dr. Andreas Ziegler, Ph.D.; Professor Dr. Cordt Zollfrank

Ehemaliger Antragsteller Dr.-Ing. Xia Wu, Ph.D., bis 5/2019 (ehemals Universität Paderborn, Bereich Anorganische Chemie, Arbeitskreis Wagner)

Antragsteller Professor Dr. Helge-Otto Fabritius; Professor Dr. Michael Tiemann, seit 5/2019