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Mit Licht auf Titandioxid schreiben |
 Forschende haben eine Beschichtung hergestellt, die mit UV-Licht beschreibbar ist und deren Schrift sich unter Luftsauerstoff wieder auslöscht. In vielen Fällen ließe sich damit Papierabfall vermeiden. Das Material besteht aus drei ungiftigen Grundkomponenten und wird durch einen einfachen Syntheseschritt hergestellt.
Um mit Licht beschreibbare Oberflächen herzustellen, nutzten die Forschenden um Yadong Yin von der University of California, Riverside (USA) die Halbleitereigenschaften von Titandioxid aus. Nanokristallines Titandioxid verändert sich unter Einstrahlung von Licht im Ultravioletten (UV). Durch die Lichtanregung wechseln die Titanatome ihre elektrische Ladung, und der vorher transparente Film wird dunkelblau bis schwarz. Der Farbwechsel dauert aber nicht an, denn Luftsauerstoff sorgt für eine direkte Rückoxidation.
Die Forschenden verlängerten nun die Einfärbung durch Zusatzstoffe.
Dafür dotierten sie die Nanokristalle mit Stickstoff, den sie aus
Harnstoff gewannen, und bauten dazu Diethylengylcol ein, das als
gängiges und ungiftiges Lösungsmittel diente und für den Farbumschlag
sogar eine entscheidende Rolle spielte. Wie die Forschenden
feststellten, fing es überschüssige Ladung auf und verzögerte somit die
Rückoxidation in den transparenten Zustand.
Aufgetragen auf Glas
oder Papier, bildeten die Nanokristalle eine gleichmäßige Beschichtung,
die mit UV-Licht beschreibbar war. Dafür reichte eine 30-sekündige
Beleuchtung mit einer Lichtquelle im Wellenlängenbereich unter 400
Nanometer aus. Es müsse gar keine starke Lichtquelle sein, führten die
Forschenden aus. Schon im Leistungsbereich einer LED-Lampe werde ein
hoher Kontrast erzielt.
Für das Beschreiben gab es nun zwei
Optionen. Zum einen erzeugten die Forschenden ein Schriftbild, indem sie
ein Stück beschichtetes Papier oder Glas wie bei einem Fotodruck durch
eine Fotomaske beleuchteten. Die andere Möglichkeit war das
Freihand-Schreiben mit einem Laserstift. In beiden Fällen entstand ein
kontrastreiches Muster, das mehrere Stunden stabil war und dann entweder
durch Erhitzen gelöscht wurde oder langsam durch den Luftsauerstoff
verblasste. Die Forschenden weisen darauf hin, dass der Fortbestand der
Schrift durch einen Schutzüberzug aus einem ungiftigen Polymer
verlängert werden kann.
Ein großer Vorteil des Systems ist die
Wiederverwendbarkeit. In der Studie waren bis zu 50 Schreib-Lösch-Zyklen
ohne nennenswerten Kontrastverlust möglich. Anwendungen seien daher
besonders in Bereichen sinnvoll, in denen wiederverwendbare Oberflächen
gefragt sind, wie zum Beispiel bei Tagesetiketten, auf Hinweisschildern,
in der Datenspeicherung oder der Sensorik. Die Autor:innen heben
insbesondere die unkomplizierte Herstellung aus gängigen und ungiftigen
Ausgangsmaterialien und die gute Kompatibilität mit anderen Materialien
hervor.
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Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (05/2022)
Publikation:
https://doi.org/10.1002/ange.202203700 |
