OPTISCHE TRANSPARENZ

Der Durchgang oder die Übertragung von Licht durch ein Material bedeutet nicht unbedingt, dass man hindurchsehen kann. Allgemein ausgedrückt hat ein transparentes Material Komponenten mit einem einheitlichen Brechungsindex, während ein lichtdurchlässiges Material aus Komponenten mit unterschiedlichen Brechungsindizes besteht. Das letztgenannte System erlaubt den Durchgang von Licht, ermöglicht aber nicht die Sicht durch das Material. Materialien, die kein Licht durchlassen, werden als undurchsichtig bezeichnet.

Unter optischer Transparenz versteht man den Durchgang von Licht durch ein Material ohne nennenswerte Streuung. Sie ist eine der wichtigsten funktionellen Eigenschaften von transparenten Keramiken. Sie bestimmt beispielsweise, wie gut eine Solarzelle funktioniert, wenn das sie bedeckende Glasfenster weniger Licht streut, und ermöglicht eine bessere Lichtausbeute oder sogar, wie gut ein Mikroskop, ein Kameraobjektiv oder ein Laser funktioniert. 

Echte optische Transparenz zu erreichen, ist jedoch keine Aufgabe für herkömmliche körnige oder mikroskopische Materialien.

DIE DESIGN-HERAUSFORDERUNG

Die optische Transparenz polykristalliner Werkstoffe (z. B. Metalle, Keramiken) wird durch die Lichtstreuung an ihren strukturellen Merkmalen wie Poren und Korngrenzen eingeschränkt. Die Lichtstreuung hängt von der Wellenlänge des Lichts ab. Es ist daher davon auszugehen, dass die räumlichen Grenzen der Sichtbarkeit von der Wellenlänge des Lichts und der physikalischen Dimension des Streuzentrums (z. B. Korngrenze oder Pore) in einem Glas oder einer Keramik abhängen. Mikroskopische Poren in gesinterten Keramiken, die sich an den Verbindungsstellen der mikrokristallinen Verbindungsstellen der Körner herkömmlicher keramischer Werkstoffe befinden, bewirken eine Streuung des Lichts und verhindern das Erreichen einer echten Transparenz.

Die Größe eines Streuzentrums wird zu einem großen Teil von der Größe der kristallinen Partikel bestimmt, die im Rohmaterial während der Entwicklung oder Bildung des Glas- oder Keramikobjekts vorhanden sind. Es versteht sich daher von selbst, dass eine Verringerung der Partikelgröße des Rohmaterials weit unter die Wellenlänge des sichtbaren Lichts (~ 0,5 μm oder 500 nm) einen wesentlichen Teil der Lichtstreuung eliminiert.  

Eine Verkleinerung der Größe der keramischen Nanopartikel weit unter die Dimensionen von etwa 1/25 der verwendeten Lichtwellenlänge führt in etwa zu einem Keramik- oder Glasmaterial, das lichtdurchlässig oder sogar, wo gewünscht, transparent ist. Dies bedeutet, dass die Korngröße der Partikel für weißes Licht deutlich unter 20 Nanometern (nm) liegen sollte. Die Forschung zeigt, dass der Gesamtvolumenanteil der nanoskaligen Poren (sowohl inter- als auch intragranular) innerhalb der Keramik deutlich unter 1 % liegen muss, idealerweise (0,001 - 0,25 %), um eine hochwertige optische Übertragung zu erreichen. Daher sind die Einheitlichkeit der Partikel und ultrafeine nanoskalige Partikel (deutlich unter 20 nm oder 0,02 μm) entscheidende Faktoren für die Entwicklung von Glas- und/oder Keramiksystemen mit hervorragenden optisch-mechanischen Eigenschaften.

UNSERE LÖSUNG

Quantenkeramische Nanomaterialien haben im Durchschnitt Abmessungen im Bereich von unter 20 Nanometern. Sie bieten das, was für transparente keramische Systeme erforderlich ist. 

UMSETZUNG

Transparente Keramiken können durch Niedertemperatursinterung unserer hochreinen Nanopulver mit atomarer Architektur hergestellt werden.

 Dem Kunden steht es frei, entweder nur unsere Quantenkeramiken zu verwenden ODER sie als "Füllstoffe" einzusetzen, um die Porendichte in seinen bestehenden Systemen vor dem Sintern zu minimieren. Der erstere Ansatz ist jedoch für ein effektiveres Design erforderlich.

WEITERE  ANWENDUNGEN

Mit unseren ultrafeinen Nanopulvern mit atomarer Architektur ermöglichen wir die Entwicklung von transparenten Hochleistungskeramiken, die ein geringeres Gewicht, eine mechanische Verstärkung, einen verbesserten Wärmetransport zur Energieeinsparung, Fleckenbeständigkeit sowie einen antimikrobiellen und pilzhemmenden Schutz bieten, ohne dass eine Photoaktivierung erforderlich ist, und die sowohl langlebig als auch ästhetisch sind. Die Zielanwendung kann eine Reihe von Festkörperlaserkomponenten, Bildschirme für Smartphones oder tragbare Geräte, optische Fasern, Linsen für Mikroskope und Kameras, Wellenleiter oder technisch anspruchsvolle Glaswände und Fenster für Solarzellen sein.