Lumineszierende Nanomaterialien verleihen Autoscheinwerfern eine hohe Leuchtkraft.
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Leuchtende Nanopartikel kommen in immer mehr Produkten zum Einsatz. Für die Industrie ist die exakte Kenntnis der Leuchtkraft entscheidend. Ute Resch-Genger entwickelt dazu verlässliche Messmethoden.
Leuchtende, d. h. lumineszente Materialien finden vielseitige Anwendungen: Sie kommen in der Medizintechnik – etwa bei Computertomografen – zum Einsatz, in Fotovoltaikanlagen, in den Sicherheitscodes auf Geldscheinen, den Displays von Fernsehern, Smartphones und in der Beleuchtungstechnik. Dabei geht der Trend zu immer kleineren Partikeln: vom Mikrometerbereich bis zur Nanogröße, die nur wenige Millionstel Millimeter umfasst. Diese Materialien besitzen besonders vorteilhafte Streueigenschaften und leuchten besonders stark.
Die Leuchtkraft entscheidet
„Entscheidend für alle Anwendungen dieser Materialien sind ihre sogenannten Lumineszenzeigenschaften, also vereinfacht gesagt ihre Lichtfarbe und ihre Leuchtkraft“, erklärt Ute Resch-Genger, Expertin für Biophotonik und leuchtende Materialien. „Dafür messen wir die Zahl der Lichtquanten, die die Partikel erst absorbieren und dann abstrahlen, und setzen beides zueinander ins Verhältnis. Diese Schlüsselgröße bestimmt über die Leuchtkraft der Substanzen. Sie ist für Unternehmen, die solche Materialien herstellen oder anwenden, ein entscheidendes Qualitätskriterium. Denn mit ihr lassen sich Performance und Eignung verschiedener leuchtender Nanopartikel bewerten und miteinander vergleichen.“
Die BAM bestimmt die Leuchtkraft von Materialien. Sie ist ein entscheidendes Qualitätskriterium.
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Die Bestimmung der Quantenausbeute ist komplex. Sie hängt von vielen äußeren Faktoren, wie der Temperatur oder der Umgebung der Partikel, ab. Deshalb existiert bislang hierfür nur eine einzige internationale Norm. Komplizierte Messungen an streuenden Partikeln werden dadurch nicht erfasst. Gerade diese Materialien sind aber verstärkt für industrielle Anwendungen interessant. Diese Messmethoden selbst zu entwickeln, würde jedoch selbst große Unternehmen überfordern.
Die BAM forscht seit vielen Jahren zu lumineszenten Materialien, entwickelt Referenzmethoden und -materialien in diesem Bereich und stellt Referenzdaten bereit. Ute Resch-Genger koordiniert ein Verbundprojekt zu lumineszierenden Nanopartikeln, das wissenschaftliche Erkenntnisse schnell in die Normung und damit in die Anwendung bringen will. Finanziert wird es vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Förderprogramms „Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen“.
Neue Konvertermaterialien im Fokus
„In Kooperation mit der Schott AG, die seit mehr als 100 Jahren optische Materialien herstellt, entwickeln wir verlässliche Methoden zur Ermittlung der Quantenausbeute lumineszenter Partikel. Im Fokus stehen dabei neuartige Konvertermaterialien, die z.B. im Zusammenspiel von blauem Laser- und LED-Licht Autoscheinwerfern eine sehr hohe Lichtausbeute sowie gleichzeitig eine angenehme optische Wahrnehmung verleihen. Diese Materialien werden in der Industrie für viele verschiedene Applikationen intensiv nachgefragt“, so Resch-Genger. Die BAM-Wissenschaftlerin und ihr Team entwickeln Messprozeduren und Referenzmaterialien, die für eine industrielle Prozesskontrolle geeignet sind. Ziel ist es dabei, Einflüsse des Messgeräts auf das Ergebnis zu erfassen und gleichzeitig Proben mit bekannter Leuchtkraft bereitzustellen, die zur Kalibrierung dienen können. Die Messvorschriften wiederum sollen standardisierbar sein, damit sie zeitnah in die internationale Normung überführt werden können.
„Mit dem Projekt schließen wir eine wichtige Lücke, um mittelfristig die Marktposition deutscher Unternehmen in diesem Bereich zu stärken“, so Ute Resch-Genger. „Denn wir erleichtern ihnen die Auswahl besonders leistungsfähiger Leuchtmaterialien und die Überprüfung ihrer Messtechnik.“