Herstellung von Hybrid-Aerogelen mit nichtlinearen optischen Pulvern



Das Ziel des Experimentes ist es, Hybrid-Aerogele mit nichtlinearen optischen Eigenschaften herzustellen. Dazu bettet man feine Pulver, die eine mittlere Partikelgrösse von einigen Nano- bis zu einem Mikrometer besitzen, in durchsichtige Aerogele aus Quarzglas ein. Im Gegensatz zur alltäglichen linearen Optik, bei der Licht beim Durchgang durch einen Kristall seine Farbe nicht verändert, gibt es so genannte nichtlineare Effekte. Sie treten ein, sobald die eingestrahlte Intensität sehr hoch ist, wie etwa in Lasern, und die Kristalle eine geeignete Struktur haben.

Dann ändert sich zum Beispiel die Farbe: Aus nicht sichtbarem Infrarot wird etwa grün, das heißt die Frequenz des Lichtes wird verdoppelt. Solche nichtlinearen optischen Effekte werden in Laser-Pointern verwendet oder holografischen, optischen Speichermedien. Zurzeit verwendet man dazu teure und aufwendig herzustellende Einkristalle (Titanate, Niobate oder Tantalate).

Am Institut für Raumsimulation des DLR wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Köln ein neues Verfahren entwickelt, Frequenzverdopplung ohne Einkristalle zu erzielen. Dazu werden Pulver beispielsweise aus Bariumtitatnat und Lithiumtantalat in ein durchsichtiges Medium (Silica- oder Quarzglas- Aerogel) eingebettet. Dieses Medium befindet sich während des Einbettens in einer flüssigen Phase. Das Gemisch aus flüssiger Lösung und Pulver wird gut vermischt und geliert nach einiger Zeit wie Wackelpudding. Trocknet man mit geiegneten Methoden das Gel, erhält man ein Aerogel.

Damit sich die Partikel während des Gelierens auf Grund der Erdanziehungskraft nicht am Boden ablagern, muss dieses Experiment in Schwerelosigkeit durchgeführt werden. Das Resultat ist eine gleichmässige Verteilung des Pulvers im Aerogel. Die ersten im Parabelflug 2004 hergestellten Hybrid-Aerogele zeigten einen extrem starken nichtlinearen optischen Effekt: Bestrahlte man die Proben mit infrarotem Licht, leuchteten die Aerogele in alle Richtungen grün auf. Im diesjährigen Parabelflug werden andere Pulver mit anderen Teilchengrößen verwendet und die Aerogelmatrix optimiert.


Kontakt
Priv.-Doz.Dr.rer.nat. Lorenz Ratke
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Materialphysik im Weltraum

Tel: +49 2203 601-2098

E-Mail: Lorenz.Ratke@dlr.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-2286/3424_read-5147/