Materialforscher überarbeiten Polymerstrukturen mit Licht
Milde Laserstrahlen schonen Materialien

Eine Entdeckung internationaler Forscher eröffnet neue Chancen für Mikrooptik und Nanotechnologie: Mildes Laserlicht soll in Zukunft selbst kleinste Werkstoffe schonend bearbeiten. Die so genannte optische Pinzette greift in Molekülnetze ein, strukturiert und verschiebt Material - und das künftig mit deutlich weniger Energie, als bisher nötig war.

DÜSSELDORF. Einer internationalen Gruppe von Wissenschaftlern ist es gelungen, mit schwachem Laserlicht Punkte und Linien in Molekülnetze zu schreiben. Dieses milde Laserlicht könnte in der Mikrooptik und Nanotechnologie eingesetzt werden, um schonend kleinste Werkstücke zu bearbeiten. Auch in der Holografie könnte es eingesetzt werden.

Die Chemiker und Materialforscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Golm, der Universität von Athen und des Forth-Institutes für elektronische Strukturen und Laser auf Kreta verwendeten Riesenmoleküle für ihre Versuche. Sie konnten zeigen, dass diese mit schwach gebündeltem Laserlicht in ihrer Struktur bearbeitet werden können. Die Forscher leiteten sanfte Lichtstrahlen auf lange kettenförmige Moleküle, so genannte Polymere, die in einer Flüssigkeit gelöst sind.

Reinhard Sigel vom Max-Planck-Institut sieht in dieser sanften Materialbearbeitung einen unschlagbaren Vorteil: "Die sanften Laser arbeiten wesentlich energiesparender als Hochleistungslaser." Allerdings seien zur Praxisreife noch einige Jahre Forschung nötig. Heute spielen solche optischen Verfahren nur bei der Untersuchung von Materialien eine wichtige Rolle: Zum Betrachten im Mikroskop genügen geringe Lichtleistungen.

Zum Bearbeiten waren jedoch immer hohe Lichtleistungen und stark gebündelte Laser nötig. Nur so konnten winzige Partikel mit einer so genannten optischen Pinzette festgehalten oder verschoben werden.

"Uns ist jetzt auch mit schwach fokussiertem Laserlicht gelungen, die Struktur flüssiger Kunststoffe wie Isopren-Verbindungen zu bearbeiten", erläutert Professor Georg Fytas, der am Max-Planck für Polymerforschung-Institut in Mainz und an der Universität von Athen forscht. Um in den Molekülnetzen Material verschieben zu können, müsse eine bestimmte Verdünnung hergestellt werden. Bei den Versuchen sei es darauf angekommen, die spaghettiförmigen Moleküle lediglich so weit in Flüssigkeiten zu lösen, bis sie sich ähnlich wie Gummi verhalten.

Je weiter der Anteil an Spaghettimolekülen in der Lösung steigt, umso mehr verschlaufen und verheddern sich diese zu einem Molekülnetz. Dieses Netz kann dann mit der Laserpinzette gepackt, auseinandergezogen und strukturiert werden. Die mit dem Laser in die Molekülnetze geschriebenen Punkte und Linien sind nur einige tausendstel Millimeter groß. Sie bleiben Tage bestehen, ehe sie sich langsam wieder auflösen.

Für die Entwicklung der Laserpinzette hatte der kalifornische Physikprofessor Steven Chu mit dem Franzosen Claude-Tannoudji und dem Amerikaner William Phillips 1997 den Physik-Nobelpreis erhalten. Als Spaghettimolekül diente den Forschern ein DNA-Strang, den sie in Wasser tunkten und dabei mit der Laserpinzette festhielten.

Zusammen mit Maschinenbauern und Strömungstechnikern untersuchen die Forscher in Golm, Berlin und Athen nun, warum Polymere den Strömungswiderstand von Flüssigkeiten senken und diese schneller fließen lassen - etwa in Pumpen und Rohren, Ölpipelines und Feuerwehrschläuchen. "Mit dem Laser haben wir die elementaren Lichtteilchen, die Photonen, gezähmt. Jetzt können wir sie für uns arbeiten lassen", sagt Wolfgang Sandner, Direktor des Berliner Max-Born-Instituts für Laserforschung.

Während die Sonne oder eine Glühbirne lediglich ein Wellendurcheinander abstrahlen, fließt das Laserlicht in Reih und Glied geordnet. Die gezähmten Lichtphotonen können gebündelt, geleitet und gerichtet werden. Neben der Materialbearbeitung sind sanfte Laser auch in der Medizin von Bedeutung, etwa bei der Heilung von Brandverletzungen und bei kosmetischen Hautbehandlungen. Sandner ist optimistisch: "Sowohl schwaches Laserlicht als auch extrem starkes Laserlicht werden sich zum universellen Werkzeug des neuen Jahrhunderts entwickeln.

Quelle: Handelsblatt

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