Industrie & Technik

Quantifizierte Quantenausbeute

02.08.2021 - Verbundprojekt entwickelt neue Verfahren zur Charakterisierung lumineszenter Materialien.

Leuchtende Materialien kommen in der Medizintechnik bei diagnostischen Verfahren zum Einsatz, in der Photovoltaik, bei Sicherheits­codes auf Geldscheinen, in den Displays von LED- oder OLED-Fernsehern, Smartphones oder E-Book-Readern und in der Beleuchtungstechnik. Dabei geht der Trend von Partikeln im Mikrometerbereich zu solchen in Nanogröße, die besonders vorteilhafte Streu­eigenschaften besitzen und eine hohe Licht­ausbeute erzielen. Entscheidend für alle Anwendungen dieser Materialien ist die Effizienz ihrer Photolumineszenz, kurz: ihre Leuchtkraft. Ein direktes Maß dafür ist die Zahl der Photonen, die die Partikel emittieren im Vergleich zu denen, die sie absorbieren. Diese Quanten­ausbeute bestimmt die Helligkeit der Substanzen. Sie ist damit für Unternehmen, die die Materialien herstellen oder anwenden, ein entscheidendes Indiz, um die Qualität, Performance und Eignung verschie­dener leuchtender Partikel bewerten und miteinander vergleichen zu können.

Zur Bestimmung der Quanten­ausbeute, die von vielen äußeren Faktoren wie der Temperatur oder dem umgebenden Medium abhängt, existiert bislang jedoch nur eine einzige internationale Norm. Diese deckt nur vergleichsweise einfach zu messende Proben ab. Kompliziertere Messungen an streuenden Partikeln werden nicht erfasst. Gerade diese Materialien aber sind verstärkt für industrielle Anwendungen relevant. Das stellt Unternehmen, die leuchtende Funktions­materialien wie typische Leuchtstoffe und Konverter­materialien herstellen oder im Bereich der Lichttechnik und Displaytechnologie anwenden, zunehmend vor Probleme. Gerade sie benötigen für die Qualitäts- und Produkt­kontrolle zuverlässige Methoden zur Bestimmung der Quanten­ausbeute. Diese Methoden selbst zu entwickeln, würde selbst große Unternehmen überfordern.

Die Bundesanstalt für Material­forschung und -prüfung (BAM) forscht seit vielen Jahren zu lumineszenten Materialien, entwickelt Referenz­methoden und -materialien in dem Bereich und stellt Referenzdaten bereit. Jetzt startet die BAM ein Verbundprojekt, das wissen­schaftliche Erkenntnisse schnell in die Normung und damit in die Anwendung bringen soll. Finanziert wird das Vorhaben vom Bundes­wirtschafts­ministerium im Rahmen des Förder­programms „Wissens- und Technologie­transfer durch Patente und Normen“. In Kooperation mit der Schott AG wird die BAM verlässliche Methoden zur Ermittlung der Quanten­ausbeute lumines­zenter Partikel entwickeln. Ausgewählt wurden dazu zunächst wirtschaftlich besonders interessante Substanzen: Neuartige Konverter­materialien, die etwa im Zusammenspiel von blauem Laser- und LED-Licht Auto­scheinwerfen eine sehr hohe Lichtausbeute sowie gleichzeitig eine angenehme optische Wahrnehmung verleihen. Diese Materialien werden in der Industrie für viele verschiedene Anwendungen intensiv nachgefragt.

Die Schott AG wird dazu lumineszente Materialien direkt aus der Anwendung zur Verfügung stellen und gemeinsam mit der BAM Messprozeduren entwickeln, die für eine industrielle Prozess­kontrolle geeignet sind. Diese Mess­vorschriften sollen standardisierbar sein, damit sie zeitnah in die inter­nationale Normung überführt werden können. „Mit dem Verbundprojekt wollen wir eine wichtige Lücke schließen, um mittelfristig die Markt­position deutscher Unternehmen in dem Bereich zu stärken“, so Ute Resch-Genger von der BAM, die das Vorhaben leitet.

BAM / JOL

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