Am KIT: Forscher produzieren Bragg-Spiegel mit einem Tintenstrahldrucker

Sogenannte Bragg-Spiegel werden auch als dielektrische Spiegel bezeichnet und verfügen über besondere Eigenschaften. Sie entstehen, indem kristalline Schichten mit unterschiedlichem Reflexionsverhalten übereinander aufgetragen werden. Je nach dem wie man dies macht, reflektieren die Spiegel entweder fast das komplette Licht oder dienen als halbdurchlässige Filter. Zum Einsatz kommen sie unter anderem bei Kameras und in der Medizintechnik. Die Herstellung ist allerdings recht aufwändig und kostspielig. Denn es werden spezielle Vakuum-Produktionsanlagen benötigt, um die nur Nanometer dicken Schichten aufzubringen. Hier haben Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) nun aber ein alternatives Verfahren gefunden und den Produktionsprozess mithilfe eines Tintenstrahldruckers extrem vereinfacht. Weil sich die Methode auch für den kommerziellen Einsatz eignet, könnten so die Kosten für die Herstellung von Bragg-Spiegeln künftig deutlich sinken.

Bild: Qihao Jin, KIT; DOI: 10.1002/adma.202201348

Winzige Nanopartikel bilden die benötigte Tinte

Während ihrer Forschungsarbeit mussten die beteiligten Wissenschaftler allerdings zunächst mehrere Schwierigkeiten überwinden. Am Anfang stand die Suche nach einem geeigneten Material für die Tinte. Diese mussten zum einen die gewünschten optischen Eigenschaften mitbringen, gleichzeitig aber auch löslich sein, um die Verarbeitung zu gewährleisten. Letztlich kam den Forschern hier der technologische Fortschritt zugute. Denn in der Nanochemie sind verschiedene Durchbrüche gelungen, die die Herstellung von Nanopartikeln vereinfacht und erschwinglich gemacht haben. Der am KIT entwickelte Drucker bringt daher nun extrem dünne Schichten von Nanopartikeln aus. Mithilfe von zahlreichen Versuchen fanden die Forscher dann heraus, dass sich Titandioxid und Polymethylmethacrylat besonders gut eignen, um gemeinsam einen Bragg-Spiegel zu bilden. Aufgebracht werden können die alternierenden Schichten auf zahlreichen Materialien – etwa Glas oder Kunststoff.

Dicke und Anzahl der Schichten verändern die Eigenschaften

Über die Dicke und Anzahl der einzelnen Schichten kann dann gesteuert werden, wie viel und welches Lichtspektrum reflektiert werden soll. Im Labor druckten die Forscher beispielsweise zehn Doppelschichten übereinander und erreichten so einen Reflexionsgrad von 99 Prozent. Mit der Hälfte der Schichten lag der entsprechende Wert hingegen bei rund achtzig Prozent. Ebenso konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass sich verschiedene Spektren von sichtbarem lilafarbenem Licht bis in den Infrarotbereich abdecken lassen. Gesteuert wird dies alles natürlich nicht von Hand, sondern mithilfe eines digitalen Systems, das auch Feinanpassungen ermöglicht. Die neue Technologie bringt zudem zwei weitere Vorteile mit sich. Zum einen lassen sich so auch PET-Folien bedrucken, sodass biegsame Bragg-Spiegel möglich werden. Zum anderen ist der Drucker nicht auf eine Größe festgelegt. So lassen sich theoretisch nacheinander zunächst winzige Bragg-Spiegel für die Mikroskopie drucken, bevor etwa riesige Solarmodule entsprechend ausgestattet werden.

Via: KIT