Kleiner adaptiver Spiegel auf großer Messe

München, 26. - 29. Juni 2017: Die "LASER World of PHOTONICS" ist die größte Messe der Welt für industrielle und wissenschaftliche Laser mit mehr als 30.000 Besuchern. Das Labor für Photonik hat auf dem Stand des Laserzentrums der Fachhochschule Münster einen adaptiven Spiegel für Hochleistungslaser ausgestellt, der von einem sehr kompakten optischen Regelkreis kontrolliert wurde. Das Exponat fand große Beachtung und hat zu viel versprechenden Kontakten für industrielle Anwendungen unserer Technologie geführt. Die Technologie unseres Spiegels beschreiben wir hier:

P. Rausch, S. Verpoort, U. Wittrock: Unimorph deformable mirror for space telescopes: design and manufacturing, Optics Express 23, 19469-19477 (2015) --> Download (pdf)

Kathodo- und Photolumineszenz Praseodym-dotierter UV-Leuchtstoffe

Die UV-C emittierenden Materialien YPO4:Bi, YPO4:Pr, YBO3:Pr und Y2SiO5:Pr sind in der Literatur als effiziente Leuchtstoffe für die Konversion von Vakuum-UV-Strahlung in Xenon-Excimer-Strahler bekannt. Entsprechende UV-C Quellen leiden in der Regel unter einer geringen Langzeitstabilität, welche vor allem auf eine schnelle Alterung der verwendeten Leuchtstoffe, welche im direkten Kontakt zur Xenon-Excimer-Gasentladung stehen, zurückgeführt wird. Die folgende Veröffentlichung beschreibt die erstmalige Untersuchung der oben genannten Leuchtstoffe unter Elektronenstrahlanregung und ermöglicht damit Rückschlüsse auf die Effizienz der Materialien unter Anwendung einer alternativen Anregungsquelle.

M. Broxtermann, D. den Engelsen, G. R. Fern, P. Harris, T. G. Ireland, T. Jüstel, J. Silver: Cathodoluminescence and Photoluminescence of YPO4:Pr3+, Y2SiO5:Pr3+, YBO3:Pr3+, and YPO4:Bi3+, ECS J. Solid State Sci. Technol. 6, R47-R52 (2017), doi: 10.1149/2.0051704jss

 

Multifunktionale Quantenpunkte

Ist es möglich, mehrere funktionale Einheiten in einem Objekt von 5 nm Durchmesser unterzubringen? Krzysztof Gugula hat genau das erreicht: er entwarf fluoreszierende Nanoteilchen, die aus drei unterschiedlichen chemischen Komponenten bestehen. Das gestattete ihm in ein und demselben Teilchen Fluoreszenz sowohl von der Bandkante als auch aus Defekten zu ermöglichen. Mit einer gezielten Wärmebehandlung war es ihm zudem möglich, die relativen Anteile genau einzustellen. Solch vielseitige Systeme könnten sehr nützlich werden, wenn es um die Erzeugung von weißem Licht mit sehr hoher Farbqualität aus LEDs geht.

K. Guguła, M. Entrup, L. Stegemann, S. Seidel, R. Pöttgen, C.A. Strassert, M. Bredol: Solid solution quantum dots with tunable dual- or ultra-broadband emission for LEDs, ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 521-528 (2017), doi: 10.1021/acsami.6b08190

 

Struktur auf kleinstem Raum

"Quantum Dots" sind Halbleiterpartikel mit Durchmessern von weniger als 20 nm, die für diverse optische Zwecke einsetzbar sind, etwa in den neuen "Quantum TVs". Die Herstellung solch kleiner Objekte ist nach wie vor eine große Herausforderung - vor allem, wenn diese Partikel auch noch eine eine komplexe chemische Zusammensetzung und eine definierte innere Struktur besitzen sollen. Julia Zimdars aus der AG Bredol hat nun in Kooperation mit Arbeitsgruppen von der WWU Münster gezeigt, wie man mit vergleichsweise einfachen lösungschemischen Methoden Nanopartikel aus Zn(S,Se):Mn so herstellen kann, dass sie eine einheitliche Größe und Gestalt von etwa 7 nm besitzen, intensive Fluoreszenz aufweisen und zusätzlich noch eine innere Struktur besitzen, in der der Gehalt von Schwefel und Selen im Kern der Partikel und an seiner Oberfläche variiert werden kann.

J. Zimdars, J. Pilger, M. Entrup, D. Deiting, A.H. Schäfer, M. Bredol: A facile synthesis of alloyed Mn-doped ZnSeS nanoparticles using a modified selenium/sulfur precursor in a one-pot approach, New J. Chem. 40, 8465-8470 (2016), doi: 10.1039/C6NJ01493C --> zum Aufsatz

 

Tiefrote Lichtemission und Nachleuchten von SrSc2O4:Eu2+

Obwohl Leuchtstoffe und Nachleuchtpigmente heutzutage allgegenwärtig sind, stellen rot emittierende Materialien jedoch nur eine kleine Gruppe dar. Besonders auf der Basis von zweiwertigem Europium als Aktivator in Oxiden sind nur wenige rot emittierenden Leuchtstoffe, und noch weniger nachleuchtende Pigmente bekannt.

Durch Dotierung der anorganischen Verbindung Strontiumscandat mit zweiwertigen Europiumionen wurde ein tiefrot emittierender Leuchtstoff mit mehreren Stunden Nachleuchtdauer erhalten.

Ein potentielles Anwendungsgebiet für tiefrot emittierende Leuchtstoffe ist die Allgemein- und insbesondere die Innenraumbeleuchtung. Auf Grund der Emission im roten Spektralbereich können Lichtquellen realisiert werden, welche eine ähnliche Lichtfarbe wie unsere vertrauten Glühlampen besitzen. Darüber hinaus sind tiefrot nachleuchtende Materialien für bildgebende Anwendungen in der Biologie von großer Bedeutung. Da tiefrote Strahlung die menschliche Haut passieren kann, stellt die Bildgebung mittels tiefroter Strahlung eine kostengünstige und gesundheitlich unbedenkliche Alternative zu den etablierten Verfahren, wie beispielsweise der Röntgendiagnostik, dar.

M. Müller, M.-F. Volhard, T. Jüstel: Photoluminescence and afterglow of deep red emitting SrSc2O4:Eu2+, RSC Advances 6, 8483-8488 (2016) --> zum Aufsatz

 

Lösungen für Unlösliches: Tone als Nanotransporter

Wasser-Unlöslichkeit von Substanzen ist eines der häufigsten Probleme des Chemiealltags - besonders lästig, wenn es sich um wertvolle Substanzen wie Farb- und Leuchtstoffe handelt, die sich in wässrigem Milieu sehr häufig zusammenlagern und dabei ihre Funktion verlieren. Besondere Bedeutung hat dies für Leuchtstoffe, die als Biomarker diagnostische Aufgaben übernehmen könnten, aber an der vorwiegend wässrigen Umgebung an und in Zellen scheitern. Die eher zufällige Beobachtung, dass Leuchtstoffe mittels sogenannter Nano-Schichtsilikate (Tone mit Abmessungen weniger Nanometer) auch in Wasser "funktionieren" hat uns zu einer ganzen Reihe von Untersuchungen stimuliert. Beispiele:

M. C. Staniford, M. M. Lezhnina, U. H. Kynast: Phthalocyanine blue in aqueous solutions, RSC Advances 5, 3974-3977 (2015) --> zum Aufsatz

T. Felbeck, S. Mundinger, M. M. Lezhnina, M. Staniford, U. Resch-Genger, U. H. Kynast: Multifold Fluorescence Enhancement in Nanoscopic Fluorophore-Clay Hybrids in Transparent Aqueous Media, Chemistry - A European Journal 21, 7582-7587 (2015) --> zum Aufsatz

 

Licht als Heilserum

MRSA ist (mit Recht) zu einem mit Schrecken behafteten Schlagwort geworden. Es steht für das Bakterium "Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus" oder schlicht den "Krankenhauskeim" (zu Unrecht, denn der Zoo Antibiotika-resistenter Bakterien wächst). Um dem Dilemma zu begegnen, wird u. a. auch mit Licht gearbeitet, das in Kombination mit Photokatalysatoren sehr kurzzeitig und lokal eng begrenzt eine keim- und zelltötende Form des Sauerstoffs ("Singulettsauerstoff") erzeugen kann. In einer besonderen Kombination aus Ton-Abkömmlingen und einfachen, sogenannten Phthalocyaninen konnten wir erstmalig zeigen, dass mit geringem Aufwand u. a. MRSA zu mehr als 99 % abgetötet werden kann.

M.C. Staniford, M. M. Lezhnina, M. Gruener, L. Stegemann, R. Kuczius, V. Bleicher, C. A. Strassert, U. H. Kynast: Photophysical efficiency-boost of aqueous aluminium phthalocyanine by hybrid formation with nano-clays, Chem. Commun. 51 13534-13537 (2015) --> zum Aufsatz

M. Grüner, L. Tuchscherr, B. Löffler, D. Gonnissen, K. Riehemann, M. C. Staniford, U. Kynast, C. A. Strassert: Selective Inactivation of Resistant Gram-Positive Pathogens with a Light-Driven Hybrid Nanomaterial, ACS Applied Materials & Interfaces 7, 20965-20971 (2015) --> zum Aufsatz

 

Ein neues Konzept für Scheibenlaser

Die industrielle Laser-Materialbearbeitung verlangt nach immer höheren Laserleistungen, damit die Prozesse schneller und damit wirtschaftlicher werden. Wenn gute Strahleigenschaften gefordert werden, so ist die maximale Leistung bei praktisch allen Lasertypen durch die Wärmeproduktion im aktiven Lasermedium begrenzt. Wir haben ein neues Laserkonzept entwickelt und experimentell untersucht, mit dem man die physikalischen Effekte bei der Annäherung an diese Grenze untersuchen und möglicherweise die Grenze hinausschieben kann. Dies hat zu den folgenden Veröffentlichungen geführt:

C. Vorholt, U. Wittrock: Intra-cavity pumped thin-disk laser with 1.74% quantum defect, Optics Letters 40, 4819-4822 (2015) --> Download (pdf)

C. Vorholt, U. Wittrock: Wavelength control by angle-tuning of the laser radiation in an intra-cavity pumped Yb:YAG thin-disk laser, Advanced Solid State Lasers (ASSL), Berlin (2015) --> Download (pdf)

 

Photovoltaik: Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis

Wie funktionieren Solarzellen? Welche Technologien und Konzepte gibt es? Wie plant man eine komplette Photovoltaikanlage?

Dieses Lehrbuch liefert Antworten auf genau diese Fragen. Es werden grundlegende physikalische, elektrotechnische und wirtschaftliche Fragestellungen rund um die Photovoltaik behandelt. Dabei besteht der besondere Anspruch des Lehrbuchs darin, die Themen verständlich darzustellen, ohne wissenschaftlich unkorrekt zu werden.

K. Mertens: Photovoltaik - Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis, 3. Auflage (2015) --> Mehr

 

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