Materialforschung: Licht in der Dunkelheit
Neues Material Geheime Signale im Infrarot-Bereich
Athens - Es gibt eine Fülle von Materialien, die im Dunkeln sichtbar phosphoreszieren. US-Forscher haben die Palette jetzt erweitert - um einen Stoff, der lange Zeit im nahen Infrarotbereich leuchtet, wenn er vorab der Sonne ausgesetzt war oder mit einer Lampe bestrahlt wurde. Mit bloßem Auge ist das Leuchten nicht erkennbar, aber mit technischen Hilfsmitteln.
Die Wissenschaftler um Zhengwei Pan von der University of Georgia in Athens sehen einige Einsatzmöglichkeiten für ihre Entwicklung, die sie im Fachmagazin "Nature Materials" präsentieren. "Wenn man das Material irgendwo außerhalb von Gebäuden platziert, muss es nur eine Minute lang dem Licht ausgesetzt werden, um danach 360 Stunden lang im nahen Infrarotbereich zu leuchten", sagt Forscher Pan. Sie haben das Material zu Keramik-Scheiben und Pulver verarbeitet.
Rund drei Jahre hat die Entwicklung des Materials gedauert. Die Fähigkeit, im nahen Infrarotbereich zu strahlen, beruht auf positiv geladenen Chrom-Ionen - ein alt bekannter Effekt. Unter Lichteinstrahlung wandern Elektronen des Chrom-Ions in einen höheren Energiezustand. Wenn sie diesen später wieder verlassen, sendet das Ion Strahlung aus. Doch die Ionen verschießen ihr Pulver normalerweise binnen Millisekunden. Die Forscher standen also vor der Aufgabe, die Zeitspanne zu verlängern. Dazu haben die Forscher die Ionen in ein von ihnen weiterentwickeltes Material eingebettet, nämlich mit Chrom dotiertes Zink-Gallium-Germanat. Es fängt die über die Sonneneinstrahlung gewonnene Energie sozusagen ab und gibt sie später nach und nach an die Chrom-Ionen ab - daher leuchtet das Material tagelang.
Der Herstellungsprozess sei recht simpel, sagt Pan gegenüber SPIEGEL ONLINE. Man brauche nur einen sogenannten Muffelofen, der auf der auf 1500 Grad Celsius geheizt werden könne. Die Ausgangsmaterialien seien nur etwas teurer als die für herkömmliche lumineszierende Stoffe.
In Bleiche gelegt und bei Regen geprüft
Die Forscher testeten das Material an sonnigen und bewölkten Tagen und bei Regen, sie legten es drei Monate lange in Süß- und Salzwasser und sogar in Bleichmittel, um zu prüfen, wie strapazierfähig es ist - in sämtlichen Tests blieb die Leuchtfähigkeit erhalten, berichten sie.
Ohne technische Hilfe können Menschen Strahlung im nahen Infrarot nicht wahrnehmen. Dennoch sehen Pan und Kollegen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Das Material könnte zu Nanopartikeln verarbeitet werden, die in der medizinischen Diagnostik zum Einsatz kommen - als leuchtender Bestandteil von Komplexen, die beispielsweise an bestimmte Gewebetypen andocken. In Pulverform könnte das Material Farben zugesetzt werden - Militär oder Polizei könnten die mit Nachtsichtgeräten wahrnehmbaren Farben als Markierungen nutzen, schreiben die Wissenschaftler. Und auch einen Einsatz in der Solartechnik halten sie für möglich.
Finanziert wurden die Experimente unter anderem vom US-Amt für Marineforschung, die Wissenschaftler haben im Zusammenhang mit ihrer Forschung mehrere Patenanträge eingereicht.
Allerdings sagt Pan: "Auch jetzt glauben wir nicht, dass wir die beste Verbindung gefunden haben." Sie würden weiter experimentieren, so dass sie möglicherweise noch eine viel bessere entdecken würden, meint der Wissenschaftler.
