Britische Forscher haben erstmals Perlmutt im Labor hergestellt, das dem natürlichen Vorbild extrem nahekommt. Es ist nicht nur so widerstandsfähig wie Natur-Perlmutt, es schillert auch genauso intensiv. Abwechselnde Schichten aus Kalk und einem organischen Material verleihen ihm diese besonderen Eigenschaften. Die Wissenschaftler haben diese Schichtstruktur mit einem einfachen und günstigen Verfahren nachgebaut. Das auf diese Weise künstlich hergestellte Perlmutt besitze die gleiche Mikrostruktur und die gleichen Eigenschaften wie sein natürliches Vorbild. Das sei bei bisherigen Versuchen der Nachahmung nicht der Fall gewesen, berichten die Forscher im Fachmagazin „Nature Communications“. Das mit dem neuen Verfahren hergestellte Material eigne sich auch dafür, zukünftig stabile, schillernde Beschichtungen für verschiedenste Gegenstände und Anwendungen zu erstellen.
„Perlmutt ist ein technologisch bemerkenswertes Verbundmaterial der Natur“, schreiben Alexander Finnemore von der University of Cambridge und seine Kollegen. Seine mehrschichtige Struktur aus Kalziumkarbonat und porösem Chitin mache es mechanisch stabiler als jedes seiner einzelnen Komponenten. Bisherige Versuche, künstlich Perlmutt herzustellen, seien jedoch daran gescheitert, auch dessen charakteristische Mikrostruktur nachzubilden. Ohne diese verliert das Material aber seine einzigartigen Eigenschaften, wie die Forscher berichten. Im Jahr 2003 hatten Wissenschaftler der Oklahoma State University bereits ein Perlmutt-ähnliches Verbundmaterial erzeugt. In diesem waren Plättchen aus Ton in mehreren Schichten in einer organischen Masse eingebettet. Dadurch war das Material zwar ähnlich stabil wie Perlmutt, es verlor aber seine optischen Eigenschaften.
Schichten wachsen nach und nach wie in der Natur
„Auf unserem Weg zum künstlichen Perlmutt haben wir alle Schritte nachvollzogen, die auch in der Natur bei der Perlmuttbildung stattfinden“, erklären die Forscher. Sie schufen dafür zunächst die poröse organische Schicht, indem sie einen Glasträger abwechselnd in Polyacrylsäure und Polyvinylpyridin tauchten. Im Säurebad ätzen sie anschließend die Polyacrylsäure wieder heraus, der Dünnfilm war dadurch nun von zahlreichen Löchern durchbrochen. Diese organische Schicht wurde nun in eine Lösung mit einer Kalziumverbindung getaucht. Das Mineral lagerte sich ab und kristallisierte anschließend als feste Schicht aus.
Innerhalb von fünf Stunden erhalte man so eine erste Doppelschicht aus dem Kalkmineral und der organischen Komponente, erklären die Forscher. Diesen Zyklus könne man dann beliebig oft wiederholen, um weitere Schichten zu erzeugen. Sowohl dieses schichtweise Wachstum als auch die Mikrostrukturen des fertige Material seien dem natürlichen Vorbild sehr ähnlich. Das zeigten Untersuchungen mit dem Elektronenmikroskop. Die Kalkkristalle seien stellenweise durch die Poren in der organischen Schicht hindurchgewachsen. Dadurch bildeten sich Mineralbrücken, die die einzelnen Schichten fest zusammenhielten. Die Abfolge und Dicke der Schichten sorgt zudem dafür, dass einfallendes Licht ähnlich reflektiert und gebrochen wird wie beim Natur-Perlmutt. Als Folge schillert auch das Kunstperlmutt. (doi: 10.1038/ncomms1970)
(Nature Communications, 25.07.2012 – NPO)
