Forschung & Entwicklung

Sekundenschnelle Veränderung der Durchlässigkeit von Licht

Ein elektrisch steuerbarer Filter, basierend auf elektrochromen Molekülen, passt die durchgelassene Lichtmenge durch Einstellung des Färbegrads an. Interessant ist der Filter etwa für Mikrooptiken im Smartphone.

Physiker von der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) haben einen neuartigen Filter entwickelt, der die Transmission eines Materials in weniger als einer Sekunde verändern kann. „Bei unserer Technik kommen zwei aufeinander abgestimmte Elektroden zum Einsatz, die ihre Färbung bestmöglich verstärken“, sagt Professor Oesterschulze, der an der TUK den Lehrstuhl für Physik und Technologie der Nanostrukturen leitet. Das Besondere hierbei: Auf den Elektroden befinden sich Nanopartikelschichten mit speziell angepassten Molekülen. Diese haben ganz besondere Eigenschaften: Sie sind elektrochrom, das heißt, sie verändern ihre optischen Eigenschaften, wenn eine Spannung an die Elektroden angelegt beziehungsweise diese verändert wird. „Bei der einen Elektrode findet dann eine Oxidation statt, bei der anderen kommt es gleichzeitig zur Reduktion“, sagt Professor Oesterschulze. Dabei wandern Elektronen von einer Elektrode zur anderen. In der Folge färben sich die Moleküle auf den Nanopartikeln. Dieser Färbungszustand verbleibt ohne weitere Energiezufuhr und kann durch Umpolen der Spannung wieder restlos entfärbt werden.

Den Forschern ist es bei ihrem Filter gelungen, diesen elektrochemischen Prozess für diese Art der Materialien schnell ablaufen zu lassen und gleichzeitig einen sehr guten Färbekontrast zu erzielen. Es dauere weniger als eine Sekunde. Das sei im Bereich dieser Bauteile das bislang schnellste, was erreicht werden konnte, meint Professor Oesterschulze.

Diese Bauteile beziehungsweise die verwendeten Materialien sind nicht nur für Fotokameras und Kameras in Smartphones interessant; sie ließen sich auch im Bereich dimmbarer Fensterscheiben einsetzen. Dabei kann nicht nur sichtbares Licht herausgefiltert werden, sondern materialabhängig auch Infrarotstrahlung. Zudem könnten die vorgestellten Filter auch bei Kameras Verwendung finden, die in sicherheitsrelevanten Anwendungen zum Einsatz kommen, etwa beim Überwachen von Geländen. Eine Überbelichtung durch die Sonneneinstrahlung kann dabei verhindert werden.

Die Kaiserslauterer Physiker haben das System gemeinsam mit ihren Forscherkollegen Dr. Marius Ciobanu und Professor Lorenz Walder von der Universität Osnabrück entwickelt. Finanziell gefördert wurde die Arbeit von der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

von mn

Originalveröffentlichung:

[C. Kortz, A. Hein, M. Ciobanu, L. Walder, E. Oesterschulze, Complementary hybrid electrodes for high contrast electrochromic devices with fast response, Nat. Commun. 10 (2019), DOI: 10.1038/s41467-019-12617-4]

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