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Der Chemiker Erhard Kemnitz will Brillen und andere Materialien mit Nanotechnik revolutionieren

Ljiljana Nikolic
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Angewandte Forschung. Kemnitz machte seine Entdeckung bei einem Ausflug in die Geschichte der Chemie. Foto: Fabian März

Brillenträger kennen das leidige Thema. Die Sonne scheint einem ins Gesicht und neben der Freude über Helligkeit und Wärme kommt auch Ärger auf: Man nimmt durch die Reflexion des Sonnenlichts störende Bilder und Lichtschleier wahr. Natürlich gibt es heute entspiegelte Brillen, die helfen, diesen Effekt der Sonnenstrahlen zu verhindern. „Aber neben dem aufwändigen und nicht gerade preiswerten Entspiegelungsprozess, bei dem mindestens drei Schichten in gleicher Dicke aufgetragen werden müssen, bleibt eine Restreflexion von vier Prozent“, erklärt Erhard Kemnitz. Im Adlershofer Labor des Professors für Anorganische Chemie steht eine unscheinbare, durchsichtige Flüssigkeit, ein Sol, das die Entspiegelung von Brillen und anderen optischen Systemen, aber auch die Eigenschaften anderer Materialien in Zukunft revolutionieren könnte.

So wird mit Hilfe dieser neuen Metallfluorid-Sole beispielsweise eine 100-prozentige Entspiegelung von Brillen in einem um etwa 50 Prozent weniger zeitaufwändigen und preisgünstigeren Prozess möglich – unter Nutzung der bereits gängigen Entspiegelungstechnologie.

Während bei der herkömmlichen Entspiegelung Metalloxid-basierte Materialien eingesetzt werden, spielen bei dem Verfahren des HU-Chemikers anorganische Metallfluoride die tragende Rolle. In jahrelanger Arbeit ist es dem Wissenschaftler und seiner Arbeitsgruppe gelungen, eine Methode zu entwickeln, mit der es gelingt, anorganische Metallfluoride im einstelligen Nanometerbereich herzustellen. Die mit der Sol-Gel-Methode hergestellten, unvorstellbar kleinen – ein Nanopartikel ist ein Millionstel Millimeter groß – und auch nicht mehr sichtbaren Teilchen lassen sich als Flüssigkeit (Sol) auftragen.

Sie bilden nach Verdampfen des Lösungsmittels dünne, transparente, kratzfeste Schichten quasi ohne Reflexion. „Wenn Sie eine Glasscheibe oder einen Glasstab in die Sole eintauchen und wieder herausziehen, verdampft das Lösungsmittel, die Teilchen bleiben drauf, und das Glas bleibt vollkommen klar“, erklärt Kemnitz, der im Rahmen des Projektes T-Rex des Bundeswirtschaftsministeriums mit einer Reihe von Unternehmen verschiedener Branchen zusammenarbeitet, die das patentierte Verfahren für eine Massenproduktion weiterentwickeln wollen. Gleichermaßen interessant sind derartige Schichten für die Optik und Augenheilkunde.

Das Besondere an der Methode ist, dass es mit ihrer Hilfe gelingt, nanoskopische Metallfluoride herzustellen. Nanopartikel haben für die Industrie weitaus bessere Eigenschaften als herkömmliche Materialien, beispielsweise weil sie aufgrund ihrer Größe transparent erscheinen. Außerdem zeigen Materialien im Nano-Bereich teilweise andere physikalische Eigenschaften. So ist für feste Katalysatoren das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen eine sehr wichtige Größe, denn je größer die Oberfläche ist, desto reaktiver ist häufig der feste Katalysator. Die nach diesem neuen Verfahren erhaltenen Metallfluoride unterscheiden sich auch in dieser Eigenschaft auffallend von makroskopischen Metallfluoriden.

Dass Kemnitz zu der fluorolytischen Sol-Gel-Methode gelangt ist, verdankt er nicht nur hartnäckiger Forschung, sondern auch ein bisschen dem „Freund Zufall“, wie er selbst sagt. Durch einen wissenschaftlichen Ausflug in die klassische Sol-Gel-Chemie ist er mit einer Methode in Berührung gekommen, die zwar in der Oxidchemie gängig ist, aber die ein Fluorchemiker in der Regel nicht anwenden würde. „Viele Wissenschaftler versuchen seit zwei Jahrzehnten, Metallfluoride wegen ihrer besonderen Eigenschaften in nanoskopischen Größen herzustellen, ohne dass es bislang gelungen wäre. Uns ist das geglückt.“

Die Anwendungsmöglichkeiten der fluorolytischen Sol-Gel-Methode sind sehr breit. So lässt sich unter Beimischung von Nano-Fluoriden Korundkeramik mit verbesserten Eigenschaften erzeugen: Sie ist fast so durchsichtig wie Glas und deutlich härter als herkömmliche Keramikprodukte. „Dieses Material ist nicht nur generell für die Herstellung von Funktionskeramiken relevant, sondern bietet neue Perspektiven auch für verbesserte Materialien als Knochen- und Gelenkersatz für den menschlichen Körper“, sagt der Chemiker.

Im vergangenen Jahr hat er mit Unterstützung der Humboldt-Innovation GmbH, der Wissens- und Technologietransfergesellschaft der HU, als erster an der Universität für seine Arbeitsgruppe eine Förderung durch das „Format“-Projekt des Bundesministeriums für Wissenschaft und Forschung erhalten. „Format“ heißt Forschung für den Markt im Team. Ziel ist es, Ergebnisse aus der Forschung frühzeitig in die Wirtschaft zu tragen. In der ersten Phase des Programms werden Verwertungspotenziale von Innovationen für die Wirtschaft geprüft.

So arbeiten jetzt auch zwei Wirtschaftswissenschaftler für sechs Monate in Kemnitz’ Arbeitsgruppe mit und evaluieren potenzielle Märkte für deren Forschungsarbeit. Stellt sich heraus, dass ein Produkt marktfähig ist, können in der zweiten Förderphase unter anderem bis zu drei Arbeitsgruppen à drei Mitarbeiter gefördert werden. Ob die Arbeitsgruppe den Zuschlag für die zweite Förderphase erhält, wird sich im Sommer herausstellen. Der Fluorchemiker ist zuversichtlich, dass Produkte, die mit Metallfluoriden behandelt wurden, bald auf dem Markt sein werden. „Ich denke, dass es beispielsweise in drei, vier Jahren Brillen geben wird, die mit Hilfe unseres Sols entspiegelt wurden.“

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