Mit Kristallen Standards setzen

  • 04. July 2018

Nahezu ewig stabiles Referenz­material für Mess­geräte ent­wickelt.

Er sieht ein bisschen unscheinbar aus, der Quader, der drei­fach gepolstert ver­packt auf dem Konfe­renz­tisch liegt. Er ist nicht ein­mal so lang wie ein Text­marker und so schmal wie der kleine Finger. Aber das Innen­leben dieser Küvette ist wert­voll: Ein gelb­lich leuch­tender Ein­kristall ist in ihr ein­ge­fasst, ein beson­derer Kristall mit per­fekter, regel­mäßiger atomarer Struktur, die ihn extrem stabil macht. Daran haben die FH Münster und das Forschungs­institut für minera­lische und metal­lische Werk­stoffe Edel­steine/Edel­metalle FEE in Idar-Ober­stein geforscht – und wollen diesen ein­ge­fassten Ein­kristall nun dafür ver­wenden, spezi­elle Mess­geräte zu kali­brieren.

Einkristall

Abb.: Sebastian Schwung vom FEE präsen­tiert den gelben Ein­kristall in der Küvette. (Bild: FH Münster)

„Genauer gesagt optische Spektrometer, weltweit werden jähr­lich bis zu hundert­tausend Stück von ihnen ver­kauft“, sagt Projekt­leiter Daniel Rytz vom FEE. Mit Spektro­metern lassen sich unter­schied­liche Materi­alien und Gerät­schaften analy­sieren und charak­teri­sieren. Sie werden beispiels­weise ver­wendet, um das Spektrum von Energie­spar­lampen, LEDs oder licht­emittie­renden Materi­alien für diese Licht­quellen zu beur­teilen. Kali­brieren bedeutet in diesem Zusammen­hang: Einen Standard setzen – wie auch Waagen geeicht werden, man bei Fotos einen Weiß­abgleich macht oder alle PC-Monitore mit gleichem Kontrast, gleicher Hellig­keit und ohne Farb­stich ein­stellt. Der gelbe Ein­kristall in seiner Küvette fungiert als Standard für den gelben Spektral­bereich des Lichts im Spektro­meter. „Zwei weitere Ein­kristalle in grün und rot wollen wir eben­falls gemein­sam ent­wickeln und dann her­stellen“, sagt Thomas Jüstel von der FH Münster. Sie sind dann bei Messungen für den roten bezie­hungs­weise grünen Spektral­bereich im Ein­satz.

Einkristalle zu ziehen ist eine zeitintensive Angelegen­heit, für die es oben­drein Geduld und Finger­spitzen­gefühl braucht. Zwischen vier und sechs Wochen rechnet man beim FEE min­destens dafür. Dann lassen sich aus dem großen gezüch­teten Kristall mit einem Laser kleine Würfel schneiden, die für die Kali­brie­rung ver­wendet werden und in die Spektro­meter ein­ge­setzt werden sollen.

„Herkömmliche Referenzmaterialien wie bestimmte anorga­nische oder orga­nische Leucht­stoff­pulver sowie Gläser, mit denen die Spektro­meter bis­lang kali­briert wurden, gehen mit der Zeit kaputt oder ver­ändern sich min­des­tens“, erklärt Jüstel. „Ein­kristalle hin­gegen sind an sich so perfekt, dass sie bei­nahe ewig stabil bleiben, das heißt immer die gleichen physi­ka­lischen Eigen­schaften haben und mikro­sko­pisch nicht von­ein­ander unter­scheid­bar sind.“ Für einen ein­heit­lichen Standard bei Messungen ist das ein wesent­licher Vor­teil, der auch am Markt ankommt: Die ersten Anfragen liegen dem FEE bereits vor. Das Forschungs­institut möchte schon bald mit der Pro­duk­tion der Küvetten inklusive dem Ein­kristall zur Kali­brie­rung beginnen. Mit zum Projekt gehört es natür­lich auch, dass das Team den Referenz­ein­kristall weiter aus­optimiert und Anwen­dungs­probleme klärt.

FH Münster / RK

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