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Verfahrensentwicklung zum laserinduzierten Färben von dotierten Gläsern mit Femtosekundenlaserstrahlen


Project Details
Project duration: 03/200802/2010


Abstract
Das Einbringen von farbigen Innenmarkierungen in Glas wie z.B. von Barcodes, Logos, Mustern, fälschungssicheren Markierungen für dekorative und funktionale Zwecke u.v.m, wird in einem immer größer werdenden Bereich der Industrie eingesetzt. Zur Zeit wird die Bildung von Edelmetallkolloiden als Ansatz zum laserinduzierten farbigen Markieren im Glasinneren genutzt, wobei in Abhängigkeit von der Teilchengröße unterschiedliche Farbtöne von Rot bis Gelb induziert werden können. Dieses Verfahren ist allerdings wg. der z. Z. aufwändigen Kolloid-Herstellung kostenintensiv. Eine vielversprechende Alternative ist die lokale (wenige µm3) Veränderung des Oxidationszustandes dem Glas zugesetzter Metallionen durch ultrakurz gepulste Laserstrahlung wie z.B. Femtosekunden-Laserstrahlung.



Durch gezieltes Dotieren von Glas mit polyvalenten Ionen, z.B. Borosilikatglas oder Natronglas dotiert mit MnO2, CeO2, Fe2O3, V2O3 und V2O5, werden Gläser zur Verfügung gestellt, welche mittels gepulster Laserstrahlung dauerhaft lokal gefärbt werden. Bei der Bestrahlung mit ultrakurz gepulster IR-Laserstrahlung erlaubt die gleichzeitige Anwesenheit von Donatoren und Akzeptoren einen Elektronenübergang zwischen polyvalenten Ionen und kann zu permanenten Farbzentren im Glas führen. Diese Ladungstransport-Prozesse sind z.Z. weitgehend unerforscht. Die Färbung in Glas kann sowohl durch lineare Absorption als auch durch Multi-Photonen-Absorption entstehen. Welcher dieser Prozesse effektiv für die Bildung von Farbzentren in Glas verantwortlich ist und welche chemischen Veränderungen dadurch induziert werden, ist bis dato nicht hinreichend untersucht und verstanden worden.



In diesem Forschungsvorhaben werden zwei Hauptziele verfolgt:



1. Akquisition vom Prozessverständnis beim laserinduzierten Glasfärben durch Ermittlung von prozessrelevanten Parametern. Hierzu sollen unterschiedlich dotierte Gläser in-situ während der Laserbearbeitung mittels transienter Absorptionsspektroskopie, zeitaufgelöster Anregungsspektroskopie und Mikrophotolumineszenz-Spektroskopie in Pump&Probe-Modus untersucht werden, um die Absorptions- und die Emissionsdynamik des laserinduzierten Ladungstransports wie z.B. Ionen-Umladeprozesse zu untersuchen. Durch systematische ex-situ Messungen mittels optischer Transmissionsspektroskopie und Röntgenspektroskopie am Forschungszentrum DESY sollen zudem Erkenntnisse über die erfolgten chemischen Reaktionen gewonnen und die Redoxkanäle der dotierten Gläser bestimmt werden.

2. Anwendung des akquirierten Prozessverständnisses zur Verfahrens-Entwicklung zum monochromatischen laserinduzierten Farbmarkieren dotierter Gläser. Um den hohen industriellen Anforderungen wie z.B. große Reproduzierbarkeit, kurze Prozesszeiten etc. zu genügen und das Einbringen definierter Farbtöne in Glas zu ermöglichen, soll eine Prozesskontrolle zum laserinduzierten monochromatischen Glasfärben entwickelt werden. Durch Weiterentwicklung des Verfahrens soll die Machbarkeit von polychromatischen Farbmarkierungen in dotierten Gläsern untersucht werden.






Principal Investigator


Research Areas


Last updated on 2017-11-07 at 14:24