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Projekte - Detailansicht

A04 - Nanopartikeldotierte Polymerkomposite für laseraktive Wellenleiter

Leitung:Prof. Chichkov
Bearbeitung:Kestutis Kurselis
Laufzeit:2013-2016
Förderung durch:DFG

Im Projekt werden Kunststoffmaterialien mit optische aktiven Eigenschaften entwickelt, welche für die Produktion laseraktiver Bauteile benötigt werden (Abb. 1). Vorteile von Kunststoffen im Vergleich zu Gläsern als Matrixmaterial liegen in der einfacheren Verarbeitbarkeit und der freien dreidimensionalen Formgebung durch Spritzguss und Prägeverfahren. Als Zielkunststoff wird zunächst in diesem Projekt Plexiglas (PMMA) aufgrund seiner allgemeinen Akzeptanz als optischer Kunststoff anvisiert.

Die optisch aktiven Eigenschaften werden ermöglicht durch Ausstattung der Kunststoffmatrix mit Nanomaterialien, welche im Folgenden als Nanokomposite bezeichnet werden. Die optisch aktiven Nanomaterialien werden durch Einsatz des Verfahrens „gepulste Laserablation in Flüssigkeiten“ hergestellt. Dieses physikalische Herstellungsverfahren ermöglicht die Generierung von Nanopartikeln aus beinahe beliebigen Materialien in Flüssigkeiten. Damit die Nanokomposite sinnvoll in optischen Anwendungen eingesetzt werden können, muss eine Verklumpung (Agglomeration) der Nanophase innerhalb der Kunststoffmatrix vermieden werden. Hierzu wurde am Laser Zentrum Hannover e.V. eine lösungsmittelbasierte Compoundiermethode entwickelt.  

Als optisch aktive Nanomaterialien kommen Nanopartikel auf Basis der Lanthanoide (Metalle der seltenen Erden) infrage, welche seit langem in Laserkristallen Anwendung finden. Im Projekt werden Nanopartikel auf Basis der Lanthanoide in verschiedenen Varianten untersucht. Zum einen werden Nanopartikel aus seltenerddotierten Gläsern und Kristallen generiert. Weiterhin werden Nanopartikel direkt aus den Metallen und Seltenerdoxiden hergestellt. Die Nanomaterialien und Nanokomposite werden im Hinblick auf eine optische Anwendung mittels UV-Vis Spektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Fluoreszenzspektroskopie analysiert (Abb. 2). Der Einsatz verschiedener Nanopartikelmodifikationen ermöglicht die Analyse des Einflusses der Kunststoffmatrix und der Modifikation selber auf wichtige optische Eigenschaften wie Fluoreszenz, Streuung und optische Verstärkung.

Für die optische Charakterisierung der Nanokomposite werden makroskopische Testkörper mittels Spritzguss hergestellt. Die Herstellung aktiver und passiver Wellenleiter in diesem Teilprojekt erfolgt durch das Imprintverfahren.

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