ENGLISH

Neuerscheinung bei De Gruyter: Applied Inorganic Chemistry (Dezember 2022)

Das aktuelle Buch aus drei Bänden gibt eine umfassende Übersicht über die vielen chemischen und physikalisch-chemischen Aspekte anorganischer Verbindungen und Materialien und wurde konzipiert als Einführung für fortgeschrittene Studierende und als Nachschlagewerk nach dem Studium (Chemie, Physik, Materialwissenschaften, Ingenieurwesen).

Herausgegeben von: Rainer Pöttgen, Thomas Jüstel und Cristian A. Strassert

Erscheinungsdatum: 05.12.2022, 1. Auflage, doi: 10.1515/9783110733143

Zur ausführlichen Pressemitteilung

Ein optisches Thermometer

Thermometer gibt es in vielen verschiedenen Formen und Bauarten. Von klassischen Stabthermometern über elektronische bis hin zu dekorativen Thermometern mit unterschiedlich eingefärbten Schwimmkörpern.

Aber was ist nun ein optisches Thermometer und wofür wird ein solches eingesetzt?

Als optische Thermometer werden bspw. chemische Verbindungen bezeichnet, die bei Temperaturänderung ihre Emissionsmuster ändern. Solche Materialien werden unter anderem für medizinische Anwendungen diskutiert. Hier sollen nanometergroßer Partikel eingesetzt werden, um unterschiedliche Zelltemperaturen zu bestimmen. Außerdem können Farben und Lacke, welche optische Thermometer enthalten, für die Temperaturbestimmung von Bauteilen wie Tragflächen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden.

Die hier vorgestellte Veröffentlichung befasst sich mit der Mischkristallreihe Li3Ba2La3-xPrx(WO4)8 (x = 0-3). Bei der Untersuchung der Photolumineszenz konnte gezeigt werden, dass das Emissionsverhalten eine prägnante Temperaturabhängigkeit aufwies. Bei einer Temperaturänderung verschob sich das Intensitätsverhältnis zweier Emissionslinien zueinander. Dieses kann nun genutzt werden, um die Temperatur des Leuchtstoffes durch die Aufnahme eines Emissionsspektrums abzulesen.

J.-N. Keil, C. Paulsen, F. Rosner, R. Pöttgen, T. Jüstel: Crystallographic and Photoluminescence Studies on the Solid Solution Li3Ba2La3-xPrx(WO4)8 (x = 0-3), J. Luminescence 252 (2022) 119415, doi: 10.1016/j.jlumin.2022.119415

Photovoltaik - Lehrbuch zu Grundlagen, Theorie und Praxis | 6. Auflage (Juni 2022)

Von der Funktionsweise von Solarzellen bis hin zu Tipps zur Planung einer kompletten Photovoltaikanlage - in seinem Werk "Photovoltaik - Lehrbuch zu Grundlagen, Theorie und Praxis" liefert Prof. Mertens Antworten auf viele Fragen rund um die Photovoltaik. Der Leiter des Labors für Optoelektronik und Sensorik hat nun die sechste, aktualisierte und erweiterte Auflage des Lehrbuchs herausgegeben. Darin geht er auf aktuelle technische und gesellschaftliche Entwicklungen ein.

Zur ausführlichen Pressemitteilung

K. Mertens: Photovoltaik - Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis, 6. Auflage (2022) --> Webseite zum Lehrbuch

Nano-Partner

Nanokomposite vereinigen nicht nur die Eigenschaften sehr unterschiedlicher Materialsysteme, sie ermöglichenes auch, die Eigenschaften einzelner Bausteine gezielt zu verändern. Aber wie soll man das auf der Nanoebene im Detail planen und verstehen? Dominik Voigt hat das systematisch für Komposite aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen und ternären Halbleiter-Nanopartikeln untersucht: durch Einsatz von chemischen Abstandhaltern unterschiedlicher Länge konnte er den Einfluss des Kohlenstoffpartners auf die optischen Eigenschaften des Halbleitersystems aufklären.

D. Voigt, G. Primavera, H. Uphoff, J. A. Rethmeier, L. Schepp, M. Bredol: Ternary chalcogenide-based quantum dots and carbon nanotubes: establishing a toolbox for controlled formation of nanocomposites, J. Phys. Chem. C, 126 (2022), 9076-9090, doi: 10.1021/acs.jpcc.2c01142

"PV-iTeach": Erstellung von Onlinekursen zur Photovoltaik

Gemeinsam mit Hochschulkolleg*innen aus Deutschland, Dänemark und Schweden entwickelt Prof. Dr. Konrad Mertens in einem zweijährigen Projekt eine Online-Lernplattform zum Thema Photovoltaik.

Vor zwei Jahren bot Prof. Dr. Konrad Mertens von der FH Münster eine Summer School über Photovoltaik an der Elfenbeinküste an - und stieß auf großes Interesse. Eine neue Online-Lernplattform soll die Wissensvermittlung über Solaranlagen und Messtechnik zukünftig für Studierende weltweit verbessern. Dieses Angebot gilt insbesondere Studierenden aus Entwicklungsländern, die oftmals keinen Zugang zu aktuellen Themen der Photovoltaik haben.

Über die zeit- und temperaturabhängige Photolumineszenz von Pr3+ und Gd3+ substituiertem Lu3Al5O12

Abklingzeiten von (Lu2,82Pr0,03Gd0,15)Al5O12 bei 487 nm von 77 bis 500 K

Die Arbeit behandelt den Energietransfer zwischen Gadolinium und Praseodym im Lu3Al5O12. Dazu wurde eine feste Lösung (Lu2,97-x,Pr0,03Gdx)Al5O12 (x = 0,003, 0,006, 0,015, 0,03, 0,06, 0,15, 0,3, 0,6) mittels Verbrennungsmethode dargestellt und in Bezug auf Phasenreinheit und Reflexionseigenschaften hin untersucht. Ferner stellte sich heraus, dass die Emissionsintensität stark von der Gd3+-Konzentration abhängt. Weiterhin wurde der Energietransfer zwischen Praseodym und Gadolinium in (Lu2,82Pr0,03Gd0,15)Al5O12 durch Messung der zeit- und temperaturabhängigen Lumineszenz von 77 bis 500 K des 6P7/28S7/2- und 3P03H4-Übergangs von Gd3+ und Pr3+ untersucht. Es konnte herausgefunden werden, dass die Emissionsintensitäten und das Abklingverhalten von Gadolinium und Praseodym stark von der Temperatur abhängen.

M. Laube, T. Jüstel: On the temperature and time dependent photoluminescence of Pr3+ and Gd3+ doped Lu3Al5O12, Journal of Luminescence, 236 (2021), 118112, doi: 10.1016/j.jlumin.2021.118112

Editor's Pick: Schneller Fokus-Shifter basierend auf einem unimorphen deformierbaren Spiegel

Wenn eine Publikation von der OSA - Optical Society of America als "Editor's Pick" (deutsch: Redaktionstipp) ausgewählt wird, ist das schon eine besondere Auszeichnung. Mit dem Editor's Pick werden Publikationen hervorgehoben, die nicht nur repräsentativ für die Arbeiten in einem spezifischen Forschungsfeld sind, sondern darüberhinaus auch eine exzellente wissenschaftliche Qualität aufweisen.

Die "on-the-fly" Remote-Laserbearbeitung spielt eine immer wichtigere Rolle in modernen Herstellungsverfahren. Für diese Verfahren wird eine dreidimensionale Positionierung des Laserstrahls entlang der Konturen des Werkstücks benötigt. Aktuell verfügbare Galvanometer-Scanner verfügen bereits über eine hochdynamische und präzise transversale x—y Strahllenkung. Die Veränderung der Brennweite ("z-shifting") durch konventionelle Optiken ist jedoch auf eine Bandbreite von wenigen 100 Hz begrenzt. Zur Lösung dieses Problems hat das Labor für Photonik einen auf Piezokeramiken basierenden schnellen Z-Shifter mit beugungsbegrenzter Oberflächengüte entwickelt und gebaut. Dieser Z-Shifter erreicht eine Brennweitenverschiebung größer 60 mm bei einer Aktuationsrate von 2 kHz.

S. Verpoort, M. Bittner and U. Wittrock: Fast focus-shifter based on a unimorph deformable mirror, Appl. Opt. 59, 6959-6965 (2020), doi: 10.1364/AO.397495 | ✔ Editor's Pick

Erleuchtete Bakterien

Auf die weltweit zunehmende Bedrohung durch gefährliche Bakterien haben wir in der Vergangenheit bereits hingewiesen, siehe Artikel "Licht als Heilserum" im IOT-Archiv. Neben den "really bad guys" (MRSA) gibt es allerdings eine ungleich größere Zahl an "good guys", die sowohl wichtige physiologische Funktionen erfüllen als auch überaus annehmliche Seiten (z.B. in der Käseherstellung) aufweisen. Der schnellen Überwachung von Mikrobenzahlen kommt u. a. in der Lebensmittelherstellung größte Bedeutung zu. Das sogenannte Plattieren, die Mikroskopie und die Flowcytometrie sind darin wichtige mikrobiologische Analysetechniken; ein bedeutsamer Parameter ist die Bestimmung von Gesamtbakterienzahlen. Besonders für trübe Medien (z.B. Milch) entwickeln wir gemeinsam mit der Quantum Analysis GmbH, Münster, neuartige Bakterienfärbungen auf der Basis von Seltenerdkomplexen, die sich u.a. aufgrund ihrer einmalig langanhaltenden Lumineszenzsignale von Störungen des Trübungs-Hintergrunds abtrennen lassen.

M. M. Lezhnina, W. Rochowiak, W. Göhde, R. Kuczius, U. Kynast: The microbial threat: Can rare earths help? J. Biophotonics, 9 (2020), doi: 10.1002/jbio.202000068

W. Rochowiak, E. Kasprzycka, I.P. Assunção, U. Kynast, M. Lezhnina: Long-lifetime green-emitting Tb3+ complexes for bacterial staining. Aust. J. Chem., 75, 754-759 (2022). DOI:10.1071/CH21315

Laser-induzierte Nano-Kronen verbessern Sensitivität der Raman-Spektroskopie

Anwendungen und physikalische Mechanismen der Ausbildung von metallischen kronenähnlichen Strukturen wurden in einer gemeinsamen Forschungsarbeit mit der Far Eastern Federal University in Wladiwostok, Russland, untersucht und in Applied Surface Science veröffentlicht. Bei Laserstrukturierung von dünnen Metallschichten auf Glas- oder Siliziumsubstraten erscheinen metallische Nanokronen. Sie werden gebildet aufgrund einer hydrodynamischen Rayleigh-Plateau-Instabilität am metallischen Schmelzrand des laserinduzierten Kraters. . Solche Strukturen können genutzt werden, um die Detektionsempfindlichkeit bei der Raman-Spektroskopie zu erhöhen.

D.V. Pavlov, S.O. Gurbatov, S.I. Kudryashov, E.L. Gurevich, A.A. Kuchmizhak: Laser-induced surface relief nanocrowns as a manifestation of nanoscale Rayleigh-Plateau hydrodynamic instability, Appl. Surf. Sci. 511, 145463 (2020), doi: 10.1016/j.apsusc.2020.145463

Mit optischen pH-Sensoren die Korrosion von Bauwerken überwachen

Die Carbonatisierung von Stahlbeton durch Einwirkung von CO2 und das damit verbundene Absinken der pHs führt zu unerwünschten Schädigungen des Materials durch die Korrosion eingebauter Stahlträger. Ein pH-Wert unter 11,5 zeigt das Eintreten der Carbonatisierung und damit verbundener Folgeschäden an. Prof. Schäferling vom Labor für photonische Materialien hat in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Materialforschung- und Prüfung (BAM) einen faseroptischen Sensor zur zerstörungsfreien Überwachung des pHs in Beton entwickelt, der nun in Prüfkörpern hinsichtlich der Langzeit-Funktionalität getestet wird.

J. Bartelmess, D. Zimmek, M. Bartholmai, C. Strangfeld, M. Schäferling: Fibre optic ratiometric fluorescence pH sensor for monitoring corrosion in concrete, Analyst (2020), doi: 10.1039/C9AN02348H

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

 

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. Buhl, M. Staniford, S. Lamping, M. Körsgen, H. F. Arlinghaus, U. Kynast, B. J. Ravoo: Patterning of Nanoclays on Positively Charged Self-Assembled Monolayers via Micromolding in Capillaries, Langmuir 33, 8799-8804 (2017) --> 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

D. K. Dinga, M. Bredol, U. Kynast: Novel Approach toward Water-Soluble Singlet Oxygen Monitors Based on Hybrid Inorganic-Organic Nanoclay. The Journal of Physical Chemistry C 2021, 125, 21496-21502 (2021), doi: 10.1021/acs.jpcc.1c04785.

 

Um unsere Webseite für Sie optimal zu gestalten und fortlaufend verbessern zu können, verwenden wir Cookies. Weitere Informationen und die Möglichkeit zum Widerruf finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.
Seite drucken