
Nur wenige Millimeter groß: die Mikrolinse, die durch die spezielle Molekülstruktur des Glases die Anwesenheit von Gasen erfassen kann. (Bild: Jens Meyer / Universität Jena)
Ermöglicht wird dieses „intelligente“ Verhalten der Mikro-Linse durch das Hybridglasmaterial, aus dem sie besteht. Die Molekülstruktur der Linse besteht aus einem dreidimensionalen Gitter, in dessen Hohlräumen Gasmoleküle aufgenommen werden können – was sich wiederum auf die optischen Eigenschaften des Materials auswirkt.
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„Mit Unterstützung der Carl-Zeiss-Stiftung entwickeln wir sogenannte multiresponsive Materialien“, erklärt Lothar Wondraczek, Professor für Glaschemie an der Universität Jena. „Am Beispiel der Hybridglas-Linse bedeutet das, dass sie das Licht stärker oder schwächer bricht, je nachdem, ob in dem Linsenmaterial Gas absorbiert ist oder nicht.“
Die Herausforderung dabei war es, Methoden der klassischen Glasformgebung auf diese speziellen Materialien zu übertragen - im konkreten Fall metallorganische Gerüstverbindungen. Zunächst mussten die Jenaer Forschenden einen geeigneten Syntheseprozess für hochreine Materialien entwickeln, die dann in eine 3D-gedruckte Negativform gepresst werden.
Optische Bausteine mit integrierter Intelligenz
Mit diesem neuen Verfahren seien nun grundsätzlich sehr vielfältige Formen und Geometrien denkbar, die über die konkrete Anwendung als Mikro-Linsen hinausgehen, erklärt Wondraczek - und das hat potenziell weitreichende Auswirkungen.
„Weil diese multiresponsiven Materialien auf mehrere Einflüsse gleichzeitig reagieren, können sie zum Beispiel für logische Schaltungen benutzt werden“, beschreibt der Materialwissenschaftler mögliche Anwendungen solcher Bauteile. „Wenn etwa ein Lichtstrahl auf die Linse fällt und gleichzeitig ein Gas im Linsenmaterial absorbiert ist, dann wird das Licht auf eine bestimmte Art gebrochen und kann so kombinierte Rückmeldung geben.“
Möglich wären demnach auch Membranen zur Gastrennung, deren optische Eigenschaften sich ändern, wenn sich Gasmoleküle in ihnen befinden. Solche optischen Bausteine ließen sich beispielsweise in der Sensorik einsetzen und könnten Messverfahren effizienter, platzsparender und „intelligent“ gestalten.