Dauerhaftes, leuchtendes Blau

Durch Zufall entdeckten US-Forscher ein intensiv blaues Farbpigment, das weder für Mensch noch Umwelt giftig ist und in warmer, feuchter oder saurer Umgebung nicht verbleicht

Struktur des neuen Blaupigments
Struktur des neuen Blaupigments

Corvallis (USA) - Ein leuchtendes, nicht verblassendes Blau - der Jahrtausende alte Traum von Malern und Zeremonienmeistern - kommt nun mitten aus Oregon. Dort entdeckten Forscher eher per Zufall, wonach schon die alten Chinesen, Ägypter und auch die Maya gesucht hatten. Ein unauffälliges Manganoxid färbt sich bei rund 1200 Grad Celsius intensiv blau. Die Forscher konnten das neue Pigment weder durch starke Hitze noch durch Säure zum Ausbleichen bringen. Zudem scheint es nicht für Gesundheit oder Umwelt schädlich zu sein, schreiben die Forscher online im "Journal of the American Chemical Society". Da Mangan kein seltenes Rohmaterial ist, dürfte die Herstellung des Farbpigments recht günstig kommen. Dabei eignet es sich zum Einsatz in Malfarben ebenso wie in Autolacken, Drucktinte oder Wandfarbe, so die Forscher. Ein Patent auf die Zusammensetzung und den Produktionsprozess ist beantragt.

"Im Grunde war es eine Zufallsentdeckung, wir untersuchten Manganoxide auf ihre interessanten elektronischen Eigenschaften", berichtet Mas Subramanian, Professor für Materialforschung an der Oregon State University; "Dann holte eines Tages ein am Projekt beteiligter Student proben aus einem sehr heißen Ofen, und sie waren blau, ein wunderschönes Blau." Verantwortlich für die Farbe ist offenbar die ungewöhnliche Anordnung der Mangan-Ionen bei extremer Hitze. Gemeinsam mit Kollegen der University of California/Santa Barbara untersuchte das Team innere Struktur und die Eigenschaften des Pigments im Detail, mithilfe optischer Messungen und Annäherungsrechnungen zur Dichtefunktionaltheorie (DFT). Diese quantenphysikalische Methode erleichtert das Berechnen so genannter Vielelektronensysteme, weil das exakte Lösen zugrundeliegender Gleichungen entfällt.

Fazit: Die überraschend intensive Blaufärbung entsteht offenbar durch die Anordnung der dreiwertigen Mangan-Ionen (Mn3+), die sich zu einer trigonalen bipyramidalen Formation zusammenfinden. Diese Struktur absorbiert besonders stark im Rot-Grün-Bereich, schreiben die Forscher. Physikalisch im Detail liegt dies an einem symmetrieerlaubten optischen Übergang zwischen dem Valenzband-Maximum und einem schmalen Leitungsband-Minimum. Die Forscher zeigten den Effekt an einem anderen Ionensystem und wiesen dann nach, dass sich die Mn3+-Lösung unter den entsprechenden Umständen ebenso verhält.

"Seit die Alten Ägypter einige der ersten Blau-Pigmente entwickelten, hat die Pigment-Industrie damit gekämpft, die Probleme mit der Sicherheit, Giftigkeit und Dauerhaftigkeit in den Griff zu bekommen", erklärt Subramanian. Das Element Mangan war häufig Basis dieser Farbpigmente, so nutzten etwa Ägypter und Römer schon Mangandioxid. Die meisten blauen Pigmente sind allerdings bei Hitze oder in saurer Umgebung instabil. Und das bekannte Preußisch Blau etwa kann giftiges Zyanid freisetzen, während das ebenso bekannte Kobalt-Blau als krebserregend gilt.