Linse zur Gasdetektion durch Lichtbrechung: Innovation der Universität Jena

BerlinWissenschaftler der Universität Jena haben eine winzige Optiklinse entwickelt, die nur wenige Millimeter groß ist. Die Linse verändert ihre Lichtbrechung, wenn Gas vorhanden ist. Ihre Forschungsergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.

Die Linse besteht aus einer speziellen Glassorte. Dieses Glas besitzt eine besondere Struktur mit winzigen Löchern, die Gasmoleküle aufnehmen können. Diese Löcher beeinflussen die Funktionsweise der Linse.

Wichtige Merkmale der Linse:

• Größe: Nur wenige Millimeter
• Material: Hybrides Glas
• Molekulare Struktur: 3D-Gitter mit gasaufnehmenden Hohlräumen
• Veränderungen: Änderung des Brechungsverhaltens bei Gaspräsenz

Die Carl-Zeiss-Stiftung finanziert die Forschung. Lothar Wondraczek ist Professor an der Universität Jena und beschäftigt sich mit Glaskeramik. Er erklärt, dass sie Materialien entwickeln, die auf mehrere Einflussfaktoren gleichzeitig reagieren können. Zum Beispiel verändert sich bei ihrer neuen hybriden Glaslinse die Lichtbrechung, wenn das Linsenmaterial Gas aufnimmt.

Das Team stand vor der Herausforderung, traditionelle Glasmachermethoden auf neue Materialien anzuwenden. Sie setzten metall-organische Gerüstverbindungen ein, die häufig für die Speicherung oder Trennung von Gasen untersucht werden. Doch normalerweise zersetzen sich diese Materialien bei Erhitzung, was ihre Formgebung erschwert.

Doktorandin Oksana Smirnova führt die Veröffentlichung an. Sie erklärt, dass sie ein Verfahren entwickelt haben, um sehr reine Materialien herzustellen. Anschließend fanden sie den besten Weg, das Material zu formen. Dazu schmelzen sie es, gießen es in eine 3D-gedruckte Form und pressen es, um die gewünschte Form zu erreichen.

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Das Team wählte die Form der Linse mit großer Sorgfalt aus, da selbst kleinste Unregelmäßigkeiten sichtbar sind und ihre Funktion beeinträchtigen können.

Die neue Methode ermöglicht die Erstellung verschiedenster Formen. Sie kann mehr als nur winzige Linsen herstellen. Wondraczek glaubt, dass diese Materialien auch in Logikschaltungen zum Einsatz kommen könnten. Zum Beispiel, wenn Licht auf die Linse trifft, während gleichzeitig Gas absorbiert wird, wird das Licht auf eine bestimmte Weise gebrochen, was zu kombiniertem Feedback führt.

Andere mögliche Anwendungen umfassen Membranen zur Gastrennung, die bei Anwesenheit von Gasen ihre optischen Eigenschaften ändern. Solche Elemente können in Sensortechnologien eingesetzt werden und ermöglichen effizientere, platzsparendere und intelligentere Messverfahren.

Dr. Alexander Knebel leitet eine Nachwuchsforschungsgruppe im Bereich Glaskeramik. Er und sein Team haben eine neue Methode zur Herstellung von Materialien entwickelt. Ihr Ziel war es, sehr reine Materialien zu erzeugen und den Formungsprozess zu optimieren.

Die Forschungen eröffnen neue Einsatzmöglichkeiten. Das Material lässt sich leicht formen, was ein großer Vorteil ist. Das Team ist überzeugt, dass diese anpassungsfähigen Materialien in vielen Bereichen nützlich sein können.