Brillante Farben aus umweltfreundlichen Kristallen | 2020

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Anonim

Die Landschaft ist atemberaubend. Weil es so real ist, vergisst du für einen Moment, dass der Adler, der den Himmel umkreist, nicht außerhalb deines Fensters ist, sondern auf deinem Fernseher. Solche täuschend realistischen Bilder sind nicht nur das Ergebnis der hochauflösenden Anzeigen, die auf modernen Geräten verfügbar sind. auch die farben spielen eine rolle und sie werden immer heller und satter. Möglich machen dies winzige Kristalle, sogenannte Quantenpunkte (QDs), die nur wenige Atome dick sind. Diese Nanopartikel, die sich in den Hintergrundbeleuchtungseinheiten von QD-LCD-Displays befinden, bieten ein Füllhorn von Farben, aber auch eine andere außergewöhnliche Eigenschaft. "Ein großer Vorteil von Quantenpunkten ist, dass ihre optischen Eigenschaften durch Veränderung ihrer Größe gezielt verändert werden können", erklärt Dr. Armin Wedel vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam. "Das heißt, Sie müssen nicht mehr drei separate Materialien für die Farben Rot, Grün und Blau herstellen. Jetzt ist es möglich, die Arbeit mit nur einem zu erledigen." Das spart Zeit und Geld.

Die Potsdamer Fraunhofer IAP-Forscher haben in den letzten Jahren Quantenpunkte für Kunden aus unterschiedlichsten Branchen entwickelt. Sie stellen die Nanopartikel durch chemische Synthese her und passen sie für jede Anwendung an. Dies führt zunächst zu sehr kleinen Partikeln, die blaues Licht ausstrahlen. Bei Größen über ungefähr 2 Nanometern ändert sich die Farbe zu Grün. Das größte der 7 Nanometer großen Quantenteilchen emittiert im roten Spektralbereich. Derzeit entwickeln Wedel und sein Team im Auftrag des niederländischen Unternehmens NDF Special Light Products B.V. Quantenpunkte für die Hintergrundbeleuchtung von Displays. Diese werden die Farbwiedergabe und den Farbrealismus der Displays verbessern. Hier werden die Kristalle für die verschiedenen Emissionsfarben hergestellt und in Kunststoffe eingebettet. Diese Kunststoffe werden anschließend zu Folien verarbeitet und als Konversionsfolie in das Display eingebaut.

Alternative Materialien auf Basis von Indiumphosphid

Mit dieser Aufgabe stehen Forscher vor einer neuen Herausforderung. Die EU-Kommission erwägt derzeit ein Verbot von Cadmium in Konsumgütern bis 2017, da es die Umwelt schädigt. Es gilt aber auch als ideales Material für die Herstellung der Kristalle - Quantenpunkte auf Cadmiumbasis können eine Schmalbandspektrumschärfe von nur 20 bis 25 Nanometern erreichen. Displayhersteller auf der ganzen Welt suchen nun nach geeigneten Ersatzmaterialien mit ähnlichen Eigenschaften. Vor diesem Hintergrund sieht sich das Fraunhofer IAP auf einem vielversprechenden Weg.

"Wir testen zusammen mit NDF Special Light Products Quantenpunkte auf Basis von Indiumphosphid", sagt Wedel. Sein Team hat es bereits geschafft, eine Spektralschärfe von 40 Nanometern zu erreichen. Auf den ersten Blick scheint dies nicht allzu weit von der mit Cadmium-basierten Quantenpunkten erzielbaren Qualität entfernt zu sein, aber die Unterschiede in der Farbtreue sind immer noch vorhanden. "Wir sehen dies als einen guten ersten Meilenstein, streben aber noch weitere Verbesserungen an", sagt Wedel. Dieser Aufwand wird sich auszahlen, denn nicht nur die Fernsehhersteller begeistern sich für diese kleinen Farbwunder. Auch für Spezialanwendungen wie Displays für medizinische oder luftfahrttechnische Geräte besteht ein großes Marktpotenzial. Darüber hinaus können Quantenpunkte auch die Effizienz von Solarzellen erhöhen oder in der Bioanalytik eingesetzt werden. Für solche Sonderfälle müssen die optischen Eigenschaften der Quantenpunkte genau auf die spezifischen Anwendungsanforderungen abgestimmt werden. "Dank unserer langjährigen Erfahrung in der Herstellung von Quantenpunkten für spezifische Kundenanforderungen sind wir in einer guten Position", sagt Wedel.