Ein Forschungsteam der Universit?t Jena hat eine wenige Millimeter gro?e optische Linse entwickelt, deren Lichtbrechungsverhalten sich ?ndert, wenn Gas anwesend ist. Wie die Forschenden im Fachblatt ?Nature Communications“ berichten, wird dieses ?intelligente“ Verhalten der Mikro-Linse durch das Hybridglasmaterial erm?glicht, aus dem sie besteht. Die Molekülstruktur der Linse besteht aus einem dreidimensionalen Gitter, in dessen Hohlr?ume Gasmoleküle aufgenommen werden k?nnen – was sich wiederum auf die optischen Eigenschaften des Materials auswirkt.

Multiresponsive Gl?ser

?Mit Unterstützung der Carl-Zeiss-Stiftung entwickeln wir sogenannte multiresponsive Materialien“, erkl?rt Lothar Wondraczek, Professor für Glaschemie an der Universit?t Jena. ?Am Beispiel der Hybridglas-Linse bedeutet das, dass sie das Licht st?rker oder schw?cher bricht, je nachdem ob in dem Linsenmaterial Gas absorbiert ist oder nicht.“ Die Herausforderung dabei war es, Methoden der klassischen Glasformgebung auf diese speziellen Materialien zu übertragen.

?Die metallorganischen Gerüstverbindungen, die wir hier verwendet haben“, führt Wondraczek aus, ?werden als Materialien zum Speichern oder Trennen von Gasen erforscht und entwickelt.“ Oksana Smirvona, Doktorandin und Erstautorin der Publikation, erg?nzt: ?Allerdings zersetzen sich die meisten dieser Substanzen, wenn sie erhitzt werden und k?nnen daher nur sehr schwer geformt werden.“

Gemeinsam mit Dr. Alexander Knebel, Nachwuchsgruppenleiter am Lehrstuhl für Glaschemie, mussten die Jenaer Forschenden zun?chst einen geeigneten Syntheseprozess für hochreine Materialien entwickeln. Dann galt es, die optimalen Bedingungen zu identifizieren, unter denen das Material in die gewünschte Form gebracht werden kann. ?Wir schmelzen das Material und überführen es dann in eine 3D-gedruckte Negativform, in der es gepresst wird. Innerhalb dieses Verfahrens l?sst sich die gewünschte Form nahezu beliebig w?hlen“, erl?utert die Chemikerin. ?Wir haben bewusst die Linse als Form gew?hlt,“ erkl?rt sie weiter. Denn: ?Bei einer Linse machen sich schon kleinste Verunreinigungen bemerkbar, da sie die optischen Eigenschaften direkt beeinflussen.“?

Vielf?ltig formbar

Mit diesem neuen Verfahren seien nun grunds?tzlich sehr vielf?ltige Formen und Geometrien denkbar, die über die konkrete Anwendung als Mikro-Linsen hinausgehen, erkl?rt Wondraczek. ?Weil diese multiresponsiven Materialien auf mehrere Einflüsse gleichzeitig reagieren, k?nnen sie zum Beispiel für logische Schaltungen benutzt werden“, beschreibt der Materialwissenschaftler m?gliche Anwendungen solcher Bauteile. ?Konkret bedeutet das, dass für die beobachtbare Reaktion zwei Bedingungen miteinander verknüpft werden“, erl?utert er. ?Wenn etwa ein Lichtstrahl auf die Linse f?llt und gleichzeitig ein Gas im Linsenmaterial absorbiert ist, dann wird das Licht auf eine bestimmte Art gebrochen und kann so kombinierte Rückmeldung geben.“ M?glich w?ren demnach auch Membranen zur Gastrennung, deren optische Eigenschaften sich ?ndern, wenn sich Gasmoleküle in ihnen befinden. Solche optischen Bausteine lie?en sich beispielweise in der Sensorik einsetzen und k?nnten Messverfahren effizienter, platzsparender und ?intelligent“ gestalten.