Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bessere Anwendungsmöglichkeiten für Laserlicht

28.03.2017

Internationales Forschungsteam entwickelt Hybridmaterial mit faszinierender Struktur

Licht wird unterschiedlich absorbiert, je nachdem, auf welches Material es trifft. Einem internationalen Forschungsteam, darunter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), ist es gelungen, ein komplexstrukturiertes Hybridmaterial herzustellen, das ein einzigartiges Spektrum an Wellenlängen aufnehmen kann. Gleichzeitig streut es Licht und wird dadurch besonders interessant für Industrieanwendungen. In der Optoelektronik könnte es einen wichtigen Schritt für Laserlicht als Nachfolger von LEDs bedeuten.


In der Sputteringanlage der Technischen Universität Moldau werden Mikrotetrapoden aus Aerographit und Kohlenstoff mit noch kleineren Nanotetrapoden aus Zinkoxid besetzt.

Foto: Yogendra Mishra


Ein internationales Forschungsteam hat ein Nanohybridmaterial entwickelt mit einer faszinierenden Struktur von Tetrapoden.

Foto: Yogendra Mishra

Die in Nature Scientific Reports vorgestellten Ergebnisse sind das Resultat einer breit angelegten internationalen Forschungskooperation mit Mitgliedern aus Deutschland, Moldawien, Dänemark und Australien. „Als Materialwissenschaftler versuchen wir ständig, Nanomaterialien zu entwickeln, die ein möglichst breites Spektrum von Lichtwellen absorbieren können“, erklärt Dr. Yogendra Mishra.

Er leitet eine unabhängige Untergruppe der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien von Professor Rainer Adelung am Institut für Materialwissenschaft an der Universität Kiel. Ihre besondere Expertise ist es, vierarmige Zinkoxid-Strukturen, sogenannte Tetrapoden, zu entwickeln.

„Jetzt haben wir Tetrapoden auf eine besondere Art und Weise hergestellt, wodurch ein Hybridmaterial aus Kohlenstoff und anorganischem Material entstanden ist. Es kann nicht nur ein einzigartiges Spektrum an Wellenlängen von Ultraviolett bis Infrarot absorbieren, sondern auch Licht streuen“, erläutert Mishra. „Durch seine komplexe 3D-Tetrapoden-Architektur wirft unser Material das Licht in sämtliche Richtungen zurück.“

Die lichtstreuende Eigenschaft des Hybridmaterials ist eine zentrale Voraussetzung, um Laserlicht für optoelektronische Technologien wie in der Automobilindustrie einzusetzen. „In der modernen Lichttechnologie sollen Produkte so hell wie möglich sein, ohne dabei unnötige Wärme zu erzeugen. So ist es bei herkömmlichen Glühbirnen der Fall, die ja schon fast ins Museum gehören. Die heutigen LEDs sind zwar besser, aber am effizientesten wäre leistungsstarkes, laserbasiertes Licht“, so Materialwissenschaftler Mishra. Dass Laserlicht bisher noch nicht umfangreich in der Industrie eingesetzt wird, liegt genau an seiner Leistungsstärke: Trifft es direkt auf das menschliche Auge, kann dies zu gesundheitlichen Schäden führen.

Das internationale Forschungsteam unter Kieler Beteiligung versuchte daher Bauelemente zu entwickeln, die gleichzeitig die Helligkeit von Laserlicht vermindern und dabei seiner hohen Leistungsstärke standhalten. Diesen Effekt hat die komplexe Tetrapoden-Architektur des neuen Hybridmaterials – das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit. Die Kieler Zinkoxidtetrapoden wurden dafür an der Technischen Universität Hamburg-Harburg in Aerographit-Kohlenstoff-Tetrapoden umgewandelt.

Auf ihre Oberfläche setzte ein Team der Technischen Universität Moldau mit einer speziellen Sputtering-Anlage winzige Zinkoxid-Nanokristalle – ebenfalls in Tetrapodenform. So entstand das Hybridmaterial mit seiner faszinierenden räumlichen Architektur: Mikrotetrapoden aus Kohlenstoff besetzt mit noch kleineren Nanotetrapoden aus Zinkoxid. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Kopenhagen und Sydney untersuchten anschließend die Eigenschaften des neu entwickelten Nanomaterials.

„Materialien mit Zinkoxid-Aerographit-Architektur haben eine hohe technologische Bedeutung. Unser Ziel war es, sowohl ein kosteneffizientes Herstellungsverfahren zu entwickeln als auch die einzigartigen Eigenschaften des Materials umfassend zu verstehen“, sagt Professor Ion Tiginyanu, Leiter des National Centre for Materials and Testing an der Technischen Universität Moldau. Seine lichtstreuende Eigenschaft kombiniert mit dem einfachen und kostengünstigen Herstellungsverfahren macht das neue Hybridmaterial zu einem aussichtsreichen Kandidaten für einen breiten Einsatz in optoelektronischen Technologien, ist das Forschungsteam überzeugt.

Originalpublikation
Ion Tiginyanu, Lidia Ghimpu, Jorit Gröttrup, Vitalie Postolache, Matthias Mecklenburg, Marion A. Stevens-Kalce, Veaceslav Ursaki, Nader Payami, Robert Feidenhansl, Karl Schulte, Rainer Adelung, Yogendra Kumar Mishra. Strong light scattering and broadband (UV to IR) photoabsorption in stretchable 3D hybrid architectures based on Aerographite decorated by ZnO nanocrystallites. Sci. Rep. 6, 32913, doi: 10.1038/srep32913 (2016).

Fotos stehen zum Download bereit:

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-084-1.jpg
Ein internationales Forschungsteam hat ein Nanohybridmaterial entwickelt mit einer faszinierenden Struktur von Tetrapoden. Foto: Yogendra Mishra

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-084-2.jpg
In der Sputteringanlage der Technischen Universität Moldau werden Mikrotetrapoden aus Aerographit und Kohlenstoff mit noch kleineren Nanotetrapoden aus Zinkoxid besetzt.
Foto: Yogendra Mishra

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-084-3.jpg
Aufnahmen aus dem Rasterelektronenmikroskop zeigen die Gestalt der Tetrapoden vor (b) und nach (c) der Behandlung mit dem Sputteringverfahren.
Bild: Yogendra Mishra

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-084-4.jpg
Das Streuungsverhalten des neu geschaffenen Nano-Hybridmaterials, dargestellt mittels grünen Laserpointers, mindert die Intensität des Laserlichts ab und macht es so einfacher für die Industrie nutzbar.
Foto: Yogendra Mishra

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-084-5.jpg
Dr. Yogendra Mishra von der Universität Kiel zeigt die Lichtstreuung des neuen Nano-Hybridmaterials aus Kohlenstoff und Zinkoxid.
Foto: Julia Siekmann, CAU

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-084-6.jpg
Das Licht des Laserpointers wird über das gesamte Material gestreut, anstatt sich nur auf einen Punkt zu konzentrieren.
Foto: Julia Siekmann, CAU

Kontakt:
Dr. habil. Yogendra Kumar Mishra
Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien
Technische Fakultät
Telefon: +49 431 880-6183
E-Mail: ykm@tf.uni-kiel.de

Professor Ion Tiginyanu
Director of the National Centre for Materials Study and Testing
Technical University and Academy of Sciences of Moldova
Telefon: +373 22 27 40 47
E-Mail: tiginyanu@asm.md

Details, die nur Millionstel Millimeter groß sind: Damit beschäftigt sich der Forschungsschwerpunkt „Nanowissenschaften und Oberflächenforschung“ (Kiel Nano, Surface and Interface Science – KiNSIS) an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Im Nanokosmos herrschen andere, nämlich quantenphysikalische, Gesetze als in der makroskopischen Welt. Durch eine intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Materialwissenschaft, Chemie, Physik, Biologie, Elektrotechnik, Informatik, Lebensmitteltechnologie und verschiedenen medizinischen Fächern zielt der Schwerpunkt darauf ab, die Systeme in dieser Dimension zu verstehen und die Erkenntnisse anwendungsbezogen umzusetzen. Molekulare Maschinen, neuartige Sensoren, bionische Materialien, Quantencomputer, fortschrittliche Therapien und vieles mehr können daraus entstehen. Mehr Informationen auf www.kinsis.uni-kiel.de

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Presse, Kommunikation und Marketing, Dr. Boris Pawlowski, Redaktion: Julia Siekmann
Postanschrift: D-24098 Kiel, Telefon: (0431) 880-2104, Telefax: (0431) 880-1355
E-Mail: presse@uv.uni-kiel.de, Internet: www.uni-kiel.de, Twitter: www.twitter.com/kieluni Facebook: www.facebook.com/kieluni, Instagram: instagram.com/kieluni

Weitere Informationen:

http://www.uni-kiel.de/pressemeldungen/index.php?pmid=2017-084-laser

Dr. Boris Pawlowski | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Mikroplastik in Meeren: Hochschule Niederrhein forscht an biologisch abbaubarer Sport-Kleidung
18.09.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Flexibler Leichtbau für individualisierte Produkte durch 3D-Druck und Faserverbundtechnologie
13.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

23. Baltic Sea Forum am 11. und 12. Oktober nimmt Wirtschaftspartner Finnland in den Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

6. Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Zeichen von Smart Home

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

OLED auf hauchdünnem Edelstahl

21.09.2017 | Messenachrichten

Weniger (Flug-)Lärm dank Mathematik

21.09.2017 | Physik Astronomie

In Zeiten des Klimawandels: Was die Farbe eines Sees über seinen Zustand verrät

21.09.2017 | Geowissenschaften