Elektrisch steuerbarer Filter Sekundenschnell die Durchlässigkeit von Lichtstrahlen verändern

Der neue Filter verfügt über eine elektrochrome Iris und weist drei Blendenstufen auf. Im Bild ist die mittlere Stufe geschaltet (schwarzer Ring).
Der neue Filter verfügt über eine elektrochrome Iris und weist drei Blendenstufen auf. Im Bild ist die mittlere Stufe geschaltet (schwarzer Ring).

Das perfekte Foto trotz der grellen Mittagssonne? Genau das soll der elektrisch steuerbare Filter der Technischen Universität Kaiserslautern ermöglichen, indem die durchgelassene Lichtmenge durch das Einstellen des Färbegrads angepasst wird. Doch wie wird das gesteuert?

»Transmission« beschreibt die Durchlässigkeit eines Materials für optische Lichtwellen. Diese physikalische Größe spielt bei der Forschung der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) eine wichtige Rolle. Die Physiker um Professor Dr. Egbert Oesterschulze, Carsten Kortz und Alexander Hein aben einen Filter entwickelt, der die Durchlässigkeit in weniger als einer Sekunde verändern kann.

Dabei kommen elektrochrome (EC) Moleküle auf Nanopartikeln zum Einsatz, die ihre optischen Eigenschaften in weniger als einer Sekunde verändern, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird.

»Bei unserer Technik kommen zwei aufeinander abgestimmte Elektroden zum Einsatz, die ihre Färbung bestmöglich verstärken«, erläutert Oesterschulze, der an der TUK den Lehrstuhl für Physik und Technologie der Nanostrukturen leitet. Auf den Elektroden befinden sich Nanopartikelschichten mit speziell angepassten Molekülen, die elektrochrom sind. Das heißt, sie verändern ihre optischen Eigenschaften, wenn eine Spannung an die Elektroden angelegt beziehungsweise diese verändert wird.

»Bei der einen Elektrode findet eine Oxidation statt, bei der anderen kommt es gleichzeitig zur Reduktion«, führt Oesterschulze weiter aus. »Dabei wandern Elektronen von einer Elektrode zur anderen.« Auf diese Weise färben sich die Moleküle auf den Nanopartikeln und verbleiben so auch ohne weitere Energiezufuhr. Durch Umpolen der Spannung kann der Färbungszustand wieder restlos entfernt werden.

Bei dem Filter ist den Forschern gelungen diesen elektrochemischen Prozess für diese Art der Materialien schnell ablaufen zu lassen und gleichzeitig einen guten Färbekontrast zu erzielen. »Es dauert weniger als eine Sekunde«, fährt er fort. »Das ist im Bereich dieser Bauteile das bislang schnellste, was erreicht werden konnte.«

Die Bauteile beziehungsweise die verwendeten Materialien sind nicht nur für Fotokameras und Kameras in Smartphones interessant; sie könnten zum Beispiel auch für dimmbarer Fensterscheiben eingesetzt werden. Dabei kann nicht nur sichtbares Licht herausgefiltert werden, sondern materialabhängig auch Infrarotstrahlung, die besonders im Sommer Innenräume eines Gebäudes aufheizt. Zudem könnten die vorgestellten Filter auch bei Kameras Verwendung finden, die in sicherheitsrelevanten Anwendungen zum Einsatz kommen, etwa beim Überwachen von Geländen. Eine Überbelichtung durch die Sonneneinstrahlung kann dabei verhindert werden.