Kleur zonder kleurstof: hoe dan?

Is het je ooit opgevallen hoe prachtig glanzend sommige kleuren in de natuur zijn? De schitterende diepblauwe kleur van de vleugels van de morphovlinder, de verleidelijke iriserende veren van de pauw, en de waarschuwende blauwe ringen van de dodelijkste octopus. Deze kleuren zien we niet door kleurstoffen (zoals in verf), maar door hele kleine patronen op het oppervlakte van deze vlinders, pauwen en octopussen. Dit zijn structuurkleuren; kleuren zonder kleurstof.

Wat is kleur

Tijd voor een iets minder oppervlakkige uitleg. De kleuren die je nu waarschijnlijk om je heen ziet, ontstaan door het absorberen en reflecteren van licht. Licht is een golf, bestaande uit golflengtes en iedere golflengte geeft een andere kleur. Dit zie je als licht schijnt op een prisma wat het licht opbreekt in alle kleuren van de regenboog. Rood geeft de grootste golflengte, en blauw de kleinste. Golflengtes geven dus kleur. De schil van de appel in de fruitschaal is rood omdat alle golflengtes van het licht geabsorbeerd worden door zijn pigmentmoleculen, behalve het rood wat weerkaatst wordt. Dus de appel is rood.

Die prachtige pauwenveren zouden er met alleen kleurstoffen een beetje bruin uitzien. Niet heel aantrekkelijk. We zien pas hoe structuurkleur ontstaat als we kijken naar een millimeter en dan nog eens een miljoen keer inzoomen. Hier zijn hele kleine evenwijdige lijnen verstopt die spelen met het licht. Korte golflengtes (zoals blauw) worden anders weerkaatst dan lange golflengtes (zoals rood), hierdoor doven sommige kleuren uit terwijl andere versterkt worden. Dit is net zoiets als wanneer je drie stenen in het water gooit. Je ziet kringen in het water ontstaat die met elkaar patronen vormen. Met licht kan dit dus intense kleuren geven.

Terug naar de vlindervleugels. Als we een miljoen keer inzoomen op de vleugels dan zien we een soort kerstboomstructuur aan het oppervlakte. Als het licht hierop schijnt vanaf buiten dan komt het steeds weer ‘takken’ tegen. De golflengtes die blauw licht geven worden bij deze takken weerkaatst en versterkt terwijl alle andere golflengtes uitdoven. Zo ontstaat de diepblauwe kleur van de morphovlinder. Maar als deze vlinder per ongeluk in een riviertje valt en geen licht meer ziet, dan verliest hij zijn kleur. Dit spel van licht valt dan letterlijk in het water.

De wereld kleur geven

De wereld om ons heen is vooral gekleurd door kleurstoffen. Deze chemische verf bevat vaak gevaarlijke ingrediënten voor onze gezondheid en het milieu, is niet te recyclen, en vervaagt over de jaren. Kleur door structuur heeft al deze problemen niet en is dus milieuvriendelijk en blijft zijn glans behouden over honderden jaren. Letterlijk glans behouden; denk maar aan de scarabeeën van de oude Egyptenaren waarmee ze de doden eerden. De glanzende groen/blauwe kleur werd helemaal natuurlijk gemaakt van het schild van kevers. En ja, deze kevers hebben hun kleur door de nanostructuren op hun schild. Naast het vereeuwigen van de mummies, zijn dus ook die prachtige kleuren voor eeuwig te zien.

Kleuren die nooit vervagen en beter zijn voor het milieu. Wat kunnen we er nog meer mee? We gebruiken structuurkleur al in ons briefgeld. Kijk maar naar het vijf eurobriefje waarbij de vijf linksonder lijkt te reflecteren, net als de zilveren strook rechts. Deze iriserende inkt is moeilijk na te maken bij het maken van nepgeld, waardoor jouw geld dus weer wat veiliger is. We kunnen structuurkleur ook gebruiken voor hoge-resolutieprinten en 3d-printen. 

In 3d-printen worden de structuren laag voor laag opgebouwd. Perfect dus voor het verwerken van die hele kleine microstructuren in nieuwe materialen voor camouflage of kunst. Als laatste kunnen we structuurkleur gebruiken voor dataopslag. De hele kleine patronen die we kunnen maken met lichtstralen worden al gebruikt in chips die overal in zitten. Chips zitten in smartwatches, mobieltjes, laptops, Playstations, auto’s.. en ga zo maar door.

Kleur door nanostructuur zit dus misschien al meer verstopt in ons dagelijks leven dan je had gedacht. Zijn jullie al verkleurd van verbazing? Dan hebben jullie weer een kleur geproduceerd die door oppervlaktes onmogelijk te maken is; rood.