Eine Forschungsgruppe der Universität Jena hat eine wenige Millimeter grosse optische Linse entwickelt, deren Lichtbrechungsverhalten sich ändert, wenn Gas anwesend ist.
Das «intelligente» Verhalten der Mikro-Linse wird durch das Hybridglas ermöglicht, aus dem sie besteht. Die Molekülstruktur der Linse besteht aus einem 3-D-Gitter, in dessen Hohlräume Gasmoleküle aufgenommen werden können – was sich wiederum auf die optischen Eigenschaften des Materials auswirkt.
Multiresponsive Gläser
«Wir entwickeln sogenannte multiresponsive Materialien», erklärt Lothar Wondraczek, Professor für Glaschemie an der Universität Jena. Am Beispiel der Hybridglas-Linse bedeutet das, dass sie das Licht stärker oder schwächer bricht, je nachdem ob in dem Linsenmaterial Gas absorbiert ist oder nicht. Die Herausforderung: Methoden der klassischen Glasformgebung auf diese Spezialmaterialien zu übertragen.
«Die metallorganischen Gerüstverbindungen, die wir verwendet haben», führt Wondraczek aus, «werden als Materialien zum Speichern oder Trennen von Gasen erforscht und entwickelt.» Allerdings zersetzen sich die meisten dieser Substanzen, wenn sie erhitzt werden und können daher nur sehr schwer geformt werden.
Zunächst wurde ein geeigneter Syntheseprozess für hochreine Materialien entwickelt. Dann galt es, die optimalen Bedingungen zu identifizieren, unter denen das Material in die gewünschte Form gebracht werden kann. Dabei wird das Material geschmolzen und in eine 3-D-gedruckte Negativform überführt, in der es in eine nahezu beliebige Form gepresst wird. Weshalb die Linse als Form gewählt wurde? Darauf machen sich schon kleinste Verunreinigungen bemerkbar, da sie die optischen Eigenschaften direkt beeinflussen.
Vielfältig formbar
Mit dem neuen Verfahren seien nun grundsätzlich vielfältige Formen und Geometrien denkbar, die über die Anwendung als Mikro-Linsen hinausgehen, erklärt Wondraczek. «Weil diese multiresponsiven Materialien auf mehrere Einflüsse gleichzeitig reagieren, können sie zum Beispiel für logische Schaltungen benutzt werden.» Das bedeutet, dass für die beobachtbare Reaktion zwei Bedingungen miteinander verknüpft werden. «Wenn etwa ein Lichtstrahl auf die Linse fällt und gleichzeitig ein Gas im Linsenmaterial absorbiert ist, dann wird das Licht auf eine bestimmte Art gebrochen und kann so kombinierte Rückmeldung geben.» Möglich wären demnach auch Membranen zur Gastrennung, deren optische Eigenschaften sich ändern, wenn sich Gasmoleküle in ihnen befinden. Solche optischen Bausteine liessen sich beispielweise in der Sensorik einsetzen und könnten Messverfahren effizienter, platzsparender und «intelligent» gestalten.
