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Donnerstag, 08.12.2016
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Forscher drucken das kleinste Farbbild der Welt

Neuer Minimierungs-Rekord dank 3D-Nanodruck-Technologie

Weltrekord: Dieses Farbbild von Clownsfischen ist kleiner als der Querschnitt eines menschlichen Haares und wurde dennoch mit einem Tintenstrahl-Drucker produziert. Eine spezielle 3D-Nanodruck-Technologie sorgt dafür, dass die winzigen Pixel ein klares Bild ergeben, obwohl sie nur jeweils 500 Nanometer auseinander liegen. Die Fische sind damit das kleinste Inkjet-Farbbild der Welt – sehen kann man sie nur per Mikroskop.
Nemo im Mikroformat: Das kleinste Inkjet-Farbbild der Welt misst gerade mal so viel wie die Querschnittsfläche eines menschlichen Haars.

Nemo im Mikroformat: Das kleinste Inkjet-Farbbild der Welt misst gerade mal so viel wie die Querschnittsfläche eines menschlichen Haars.

Auf dem Bild zu sehen sind Clownfische, die sich um eine Seeanemone aufhalten. In natura werden diese Fische zehn Zentimeter groß. Für das Bild wurden sie um den Faktor 3.333 auf eine Größe von nur noch 30 Mikrometer geschrumpft. Das ausgedruckte Bild misst gerade mal 0,0092 Quadratmillimeter und hat Seitenlängen von 80 mal 115 Mikrometern. Dies entspricht der Schnittfläche eines menschlichen Haares oder der Größe eines einzelnen Pixels eines Retina-Displays von Apple.

"Dieses Bild ist so winzig, dass es von bloßem Auge nicht mehr sichtbar ist", berichtet Patrick Galliker von Scrona, einem Spinoff der ETH Zürich. Damit Gutachter das Mikrobild für den Eintrag im Guiness Buch der Rekorde anschauen konnten, mussten sie ein spezielles Mikroskop verwenden. Trotz dieser enormen Minimierung erscheint die Unterwasserszenerie lebensecht und natürlich.

Nanopartikel als Farbgeber


Der Grund für die lebhafte Darstellung sind sogenannte Quantenpunkte. Dabei handelt es sich um Nanopartikel, die in spezifischen Farben leuchten. Indem die Forscher die Größe dieser Partikel verändern, können sie die Farbe des abgegebenen Lichts nach Wunsch festlegen. Um die Clownfische und ihre Anemone darzustellen, wurden mehrere Lagen von roten, grünen und blauen Quantenpunkten übereinander gedruckt.


Die Auflösung des ausgedruckten Farbbilds liegt bei 25.000 dpi, damit beträgt der Abstand zwischen zwei Pixeln nur 500 Nanometer, wie die Forscher berichten. Um eine Farbtiefe von 24 bit zu erreichen, musste die Dicke der Schichten mit höchster Präzision im atomaren Bereich festgelegt werden - und das bei jedem einzelnen Pixel.

Technik auch für Bildschirme einsetzbar


Bisher war es nicht einmal mit modernster Halbleiter-Technik möglich, solche Nanostrukturen von derart hoher Präzision zu erschaffen. Das Bild von Scrona und den ETH-Forschern ist deshalb nicht einfach nur ein netter Gag, sondern es ist eine vielversprechende Alternative für die Herstellung von Bildschirmen oder optischen Geräten.

Bis es soweit ist, müssen die Forschenden den Druckvorgang jedoch noch verbessern. Das Clownfisch-Bild auszudrucken dauerte mehrere Stunden. "Damit sich industriell interessante Mengen produzieren lassen, müssen wir das Tempo stark erhöhen", sagt Galliker. Scrona hat jedoch in den vergangenen zwei Jahren den Prototyp eines skalierten Druckkopfs entwickelt, auf dem schon jetzt hunderte Düsen funktionstüchtig sind.
(Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich), 16.12.2015 - NPO)
 
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