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Photovoltaik: Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis

Wie funktionieren Solarzellen? Lohnen sich Solarstromspeicher? Wie plant man eine komplette Photovoltaikanlage?

Diese und viele weitere Fragen beantwortet Prof. Dr. Konrad Mertens in seinem Lehrbuch zur Photovoltaik. Die gerade erschienene vierte Auflage seines Lehrbuchs hat der Wissenschaftler vom Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der FH Münster komplett aktualisiert. Parallel dazu erschien eine englische Ausgabe des Lehrbuchs.

K. Mertens: Photovoltaik - Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis, 4. Auflage (2018) --> Mehr

 

UV-emittierende Nanopartikel für medizinische Anwendungen

Praseodymium-dotierte LuPO4-Partikel emittieren UV-C Strahlung zwischen 225 and 280 nm. Durch die geringe Eindringtiefe von UV-C in biologische Gewebe und die geringe Größe der Partikel ist eine neue Behandlung mit toxischer UV-C-Strahlung möglich. Das Ziel ist, den besten Kompromiss zwischen effizienter UV-Emission und kleiner Partikelgröße zu erreichen. Wir schlagen die Verwendung dieser Partikel als neuartige Strahlungssensibilisatoren für die bekannte Strahlentherapie vor, insbesondere für die Behandlung von hypoxischen Tumorzellen.

Sara Espinoza, Max-Fabian Volhard, Heike Kätker, Heike Jenneboer, Anne Uckelmann, Markus Haase, Matthias Müller, Martin Purschke, Thomas Jüstel: Deep Ultraviolet Emitting Scintillators for Biomedical Applications: The Hard Way of Downsizing LuPO4:Pr3+, Particle & Particle Systems Characterization, 1800282 (2018), doi: 10.1002/ppsc.201800282

Michael R. Squillante, Thomas Jüstel, R. Rox Anderson, Charles Brecher, Daniel Chartier, James F. Christian, Nicolas Cicchetti, Sara Espinoza, Daniel R. McAdams, Matthias Müller, Brooke Tornifoglio, Yimin Wang, Martin Purschke: Fabrication and characterization of UV-emitting nanoparticles as novel radiation sensitizers targeting hypoxic tumor cells, Optical Materials 80, 197-202 (2018), doi: 10.1016/j.optmat.2018.04.033

 

Mehr Leistung durch Kolloidchemie

Aus Studien an lumineszierenden Nanokompositen ist bekannt, wie wichtig die präzise Kontrolle ihrer Nanostruktur ist. Aleksandra Szydło hat jetzt gezeigt, dass die Erkenntnisse aus optischen Materialien auf ein ganz anderes Anwendungsfeld übertragen werden können: Niedertemperatur-Brennstoffzellen. Durch die Nutzung von Methoden, die für die Erzeugung von optischen Nanokompositen entwickelt wurden, präparierte sie kolloidale Vorläufer für elektrokatalytische Schichten, die zu verbesserten elektrischen Leistungsdaten führten.

Michael Bredol, Aleksandra Szydło, Ivan Radev, Wladimir Philippi, Roland Bartholomäus, Volker Peinecke, Angelika Heinzel: How the colloid chemistry of precursor electrocatalyst dispersions is related to the polymer electrolyte membrane fuel cell performance, Journal of Power Sources 402, 15-23 (2018), doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.09.005

 

Von einzelnen Nanopartikeln zu multifunktionalen Materialien

Die Herstellung von einfachen Funktionsmaterialien mit Abmessungen im Nanometerbereich ist mittlerweile Routine. Doch wie kann es gelingen, zwei oder mehr unterschiedliche Nanomaterialien gezielt miteinander zu verknüpfen oder auch voneinander fernzuhalten? Larry Sarpong hat sich mit dieser Frage auseinandergesetzt. Er konnte zeigen, dass bei der Kombination eines typischen nanoskaligen Halbleiters (ZnS) mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen allein die elektrostatischen Kräfte zwischen den unterschiedlichen Materialien ausreichen, um das beobachtete Organisationsverhalten zu erklären. Solche Ergebnisse können für das Design multifunktioneller Materialien (wie sie etwa in der Photokatalyse benötigt werden), von erheblicher Bedeutung sein.

Larry Kwesi Sarpong, Michael Bredol, Monika Schönhoff: Heteroaggregation of multiwalled carbon nanotubes and zinc sulfide nanoparticles, Carbon 125, 480-491 (2017), doi: 10.1016/j.carbon.2017.09.067

 

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)

 

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)

 

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