Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können technisch gesehen keine neue Farbe erschaffen, aber sie können neue Materialien entwickeln, die das Licht auf neue Weise brechen und absorbieren. Im Jahr 2009 hat der Chemiker von Oregon State Dr. Mas Subramanian und sein Forschungsteam entdeckten eine Methode zur Herstellung eines brandneuer Farbton von Blau. Es war das erste, das seit über 200 Jahren in einem Labor synthetisiert wurde. Die letzte blaue Entdeckung war kobaltblauwurde 1802 von dem französischen Chemiker Louis Jacques Thenard entwickelt.
Subramanian's brandneues Blau erhielt den Namen YInMn Blau. Der Name kommt von Yttrium, Indium und Mangan, den Elementen, aus denen das Pigment besteht. Das Team an der Oregon State University entdeckte dies ganz zufällig. Sie hatten die elektrischen Eigenschaften von Manganoxiden erforscht.
"Wir stellten eine Reihe von Verbindungen her, indem wir Oxide der drei Elemente Yttrium (weiß), Indium (gelb) und Mangan (schwarz) kombinierten und die Mischungen auf sehr hohe Temperaturen von 1250 Celsius oder 2300 Fahrenheit erhitzten, um ihre magnetischen Eigenschaften zu untersuchen", erklärt Subramanian. Die Ergebnisse dieser Experimente waren nicht das, was sie erwartet hatten. "Der Schüler zog die Proben aus dem Ofen und sie kamen als atemberaubend intensives blaues Pulver heraus. Stellen Sie sich meine Überraschung vor, denn wir hatten mit Materialien begonnen, die weiß, gelb und schwarz gefärbt waren.
Da er wusste, dass es nicht ausreicht, einfach zwei Pigmente miteinander zu mischen, um eine neue Farbe zu erzeugen, und er in seinen 35 Jahren Forschung noch nie ein so leuchtendes Blau gesehen hatte, wusste Subramanian sofort, dass dies ein wichtiger Durchbruch war.
Die Farbe Blau war schon immer sehr begehrt. Da es schwierig ist, blaue Farbe aus natürlichen Materialien zu gewinnen, wird angenommen, dass es das erste synthetische Pigment ist, das von Menschen hergestellt wurde, und es wurde erstmals in Altägypten im dritten Jahrtausend vor Christus. Blau ist immer noch die Farbe, deren Synthese Wissenschaftlern am schwersten fällt, und sie ist als anorganische Verbindung bekanntermaßen instabil. Aber das wahrscheinlich Überraschendste an Blau ist, dass es in der Natur nicht vorkommt.
Der Himmel, das Meer, blaue Glocken, die Federn bestimmter Vögel und die Augen sehen zwar alle blau aus, aber, wie Subramanian erklärt, "sie enthalten kein echtes Pigment". Natürlich vorkommende Blautöne sind nicht blau, so wie Blätter grün oder Mohnblumen rot sind. Ihre Farbe entsteht durch einen Trick der Struktur. Im Gegensatz zu verschiedenen Rot-, Braun- und Gelbtönen kann man Blau nicht zermahlen und auf die Leinwand bringen. Deshalb wusste das Team der Oregon State University, dass sie mit YInMn Blue auf etwas Wichtiges gestoßen waren.
Die Kristallbildung von YInMn Blue macht es anderen anorganischen Pigmenten überlegen. Es ist stabil, säure- und laugenbeständig, langlebig, hitze- und UV-beständig und ungiftig. Im Gegensatz zu anderen Blautönen verblasst es mit der Zeit nicht. Diese Lebendigkeit macht YInMn Blue besonders attraktiv für Künstler und Designer. Es ist besonders nützlich bei der Restaurierung von Kunstwerken, da es einen ähnlichen Farbton wie Ultramarinblau hat, ein Pigment, das traditionell in der Malerei verwendet wird, aber YInMn Blue hält viel länger.
Über die Chemieabteilung der Oregon State University: "Die chemische Formel von YInMn Blue ist YIn1-xMnxO3. Diese Zusammensetzungen weisen eine Kristallstruktur auf, in der sich das für die intensive blaue Farbe verantwortliche Chromophor (Mn3+) in der trigonalen Bipyramide befindet (in blau dargestellt)."
Die Farbe hat auch das Potenzial für einige einzigartige industrielle Anwendungen. Subramanian erklärt, dass die Fähigkeit von YInMn Blue, Wärme zu reflektieren, "ein Bonus ist, da es die Kosten für die Kühlung von Gebäuden und Autos senken kann". Wenn es zum Beispiel für Dächer verwendet wird, könnte dieses neue Blau eine wichtige Rolle bei der Energieeffizienz und umweltfreundlichen Heiztechnologien spielen.
Um dieses Pigment aus dem Labor auf den Markt zu bringen, sind noch weitere Tests und Optimierungen erforderlich, und das ist der Punkt, an dem Die Shepherd Color Company kommt ins Spiel. Als Spezialist für hochleistungsfähige anorganische Farbverbindungen verfügt das Unternehmen über die Fähigkeit, die Erfahrung und die Technologie, um die Farbe in großem Maßstab herzustellen. Shepherd testet YInMn-Blau derzeit noch auf seine Toxizität und wartet auf die Genehmigung der EPA, bevor die Farbe auf breiter Basis verfügbar ist.
Mark Ryan, Marketing Manager bei Shepherd Color Company, erklärt die neuesten Entwicklungen in der Branche: "Wir haben vor ein paar Jahren die NTP-Gelbpigmente (Niob-Zinn-Pyrochlor) patentiert, um Bleichromat zu ersetzen. Es ist wirklich eine unglaubliche Erfindung, weil es so haltbar, farbenfroh und deckend ist." Ryan erzählt uns auch, dass Gelb nicht die einzige Farbe ist, die aufgerüstet wird. "Aufgrund der europäischen REACH-Beschränkungen für Chemikalien haben wir neue grüne Pigmente eingekauft, die die Belastung durch Blei- und Chromverbindungen reduzieren."
Um mit den Industriestandards und Vorschriften auf dem Laufenden zu bleiben, investieren Forschungseinrichtungen und Farbunternehmen wie TSCC und Pantone unzählige Stunden in die Erforschung und Entwicklung von Möglichkeiten zur Verbesserung bestehender Verbindungen. Das ideale Pigment ist thermisch stabil, chemisch inert, ungiftig, nicht krebserregend und trotzdem leuchtend. Durch die Anwendung der gleichen starken und stabilen trigonalen Bipyramidenstruktur, die YInMn-Blau verwendet, auf andere Verbindungen hat das Forschungsteam der Oregon State University aufregende Fortschritte in diesem Bereich erzielt.
"Wir haben andere Farben hergestellt", sagt Subramanian. "Indem wir Eisen durch Mangan ersetzt haben, haben wir Orange gemacht, indem wir Mangan durch Kupfer ersetzt haben, haben wir Grün gemacht und indem wir Indium durch Titan und Zink ersetzt haben, haben wir Lila gemacht."
Nach Blau ist die Suche nach einem perfekten roten Pigment so etwas wie der Heilige Gral in der Farbenindustrie. "Derzeit suchen wir nach einem ungiftigen, stabilen roten Pigment. Die derzeit verwendeten anorganischen Rotpigmente sind nicht sehr stabil und enthalten häufig giftige Elemente wie Cadmium, Blei und Quecksilber".
Subramanians Team arbeitet daran, ein rotes Oxid wie YInMn Blue herzustellen, das bestimmte Energielücken zwischen den Kohlenstoffatomen aufweist. Ein ideales Rot wäre, wie dieses neue Blau, weniger giftig und könnte auch im Energiesektor eingesetzt werden. Vielleicht werden wir in naher Zukunft von einem neuen Cadmium- oder Zinnoberrot hören, das dabei hilft, Häuser effizienter zu heizen. In der Zwischenzeit können wir darauf warten, dass YInMn Blue auf den kommerziellen Markt kommt. Crayola hat vor kurzem angekündigt, dass es eine neue YInMn Blauer Buntstift später in diesem Jahr.
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