Von G.P. ThomasMay 6 2013

Transparenz ist eine physikalische Eigenschaft, die wir jeden Tag beobachten, auch wenn wir uns vielleicht nicht viele Gedanken darüber machen. Auch als Diaphanität oder Pelluzidität bekannt, lässt die Transparenz von Materialien das Licht unbeeinflusst passieren und macht sie somit durchsichtig.

Optisch transparente Materialien sind für viele wissenschaftliche und fertigungstechnische Anwendungen unentbehrlich, und es wird ständig an neuen Wegen zu ihrer Nutzung gearbeitet, von denen einige im weiteren Verlauf des Artikels vorgestellt werden.

Aber was macht ein Material transparent? Es hängt alles damit zusammen, wie die Atome und damit die Elektronen in einem Material angeordnet sind. Wenn ein Photon (ein Lichtteilchen), das sich durch einen Festkörper bewegt, auf ein Elektron mit einer Energielücke gleicher Energie trifft, wird es von diesem Elektron absorbiert, da es auf ein höheres Energieniveau „springt“. Das bedeutet, dass nur sehr wenig Licht das Material durchdringen kann, ohne absorbiert zu werden, wodurch das Material undurchsichtig wird. Bei transparenten Materialien hingegen ist die Energielücke größer, so dass die Photonen die Elektronen nicht zu einem höheren Energieniveau anregen können. Dadurch können die Photonen das Material unbeeinflusst durchdringen, wodurch das Material durchsichtig wird. Die Wechselwirkung zwischen Licht und einem Material hängt also im Wesentlichen von der Wellenlänge des Lichts und der Beschaffenheit des Materials ab.

Diese Theorie wird von Professor Phil Moriarty für die Universität Nottingham in lebhaften Einzelheiten erläutert.

Wichtige transparente Materialien

Es gibt viele natürliche und synthetische Materialien, die transparent sind, aber die unten aufgeführten haben einige der nützlichsten Anwendungen in der Materialwissenschaft:

• Glas
• Aluminiumoxynitrid
• Diamant
• Saphir
• Transparente Keramiken
• Transparente leitfähige Filme

Anwendungen transparenter Materialien

Die oben aufgeführten Materialien haben ein breites Spektrum an Anwendungen, vom Alltäglichen bis zum Magischen.

Flachglas ist das bekannteste transparente Material, aber es wird nicht nur für Fenster verwendet. Sonnenkollektoren, Mikroskope, Gewächshäuser und Strahlenschutz sind nur einige der weiteren Anwendungen von Flachglas.

Aluminiumoxynitrid wird in einer Reihe von Infrarot- und Verteidigungsanwendungen eingesetzt, z. B. in speziellen IR-Kuppeln, transparenten Panzern, Fenstern für die Laserkommunikation und auch in bestimmten Anwendungen im Halbleiterbereich.

Die optischen Eigenschaften von Diamant sorgen dafür, dass er in der Mikrowellen-Infrarot- und Röntgenforschung sowie in Hochleistungslaser-Austrittsfenstern Verwendung findet.

Saphirglas findet Anwendung in Kristalluhren, Hochdruckkammern für die Spektroskopie und auch in Barcode-Scannern (da die hohe Zähigkeit und Härte des Materials es kratzfest machen).

Transparente Keramiken können in transparenten Panzerglasfenstern, Hochenergielasern, Nasenkonen für wärmesuchende Raketen, in der Hochenergiephysik, in Strahlungsdetektoren für zerstörungsfreie Prüfungen, in Sicherheitsanwendungen, in der medizinischen Bildgebung und in der Weltraumforschung eingesetzt werden.

Materialien, die für Infrarotstrahlung transparent sind, werden häufig in Hochleistungsanwendungen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

Transparente leitfähige Folien können als Elektroden für photovoltaische Geräte und LEDs verwendet werden. Ihre Leitfähigkeit ist geringer als die von transparenten leitenden Oxiden, aber sie haben eine geringe Absorption des sichtbaren Spektrums, so dass sie sich wie ein transparenter Leiter verhalten können.

Fotochromes Glas findet Anwendung in Fahrzeugen, Flugzeugen, Geräten und den beliebten Ski- und Sonnenbrillen.

Materialien, die für infrarote Strahlung durchlässig sind, werden häufig in Hochleistungsanwendungen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

Innovationen bei transparenten Materialien

Viele Arten von Glas sind in der Bauindustrie eingeführt worden. Thermochromes Glas reagiert auf Wärme und photochromes Glas reagiert auf Licht. Durch die Übertragung von Batteriestrom oder Elektrizität wird die Transparenz von Glastrennwänden oder -verkleidungen von vollkommen klar zu vollkommen undurchsichtig verändert. Dies kann durch die Übertragung von elektrischen Niederspannungsladungen über eine sehr dünne Beschichtung auf der Glasoberfläche geschehen, die durch Sensoren, die auf die Lichtintensität reagieren, oder manuell durch einen Schalter aktiviert werden kann. Auf diese Weise kann die Sonneneinstrahlung gesteuert werden, so dass die Heizung oder Kühlung reduziert und die künstliche Beleuchtung optimiert werden kann.

Ein aktuelles Projekt, das die lichtsteuernde Transparenz nutzt, um die Energieeffizienz von Gebäuden zu maximieren, ist das Versuchshaus von Werner Sobek in Deutschland.

Werner Sobek hat versucht, ein Gebäude zu schaffen, das sich an verschiedene Stufen der Lichtdurchlässigkeit, Belüftung und Absorption anpasst, und er hat vorgeschlagen, monofunktionale Zellen in Glas einzubauen, um deren Chemie so zu verändern, dass ein Minimum an Energie für den Betrieb des Gebäudes benötigt wird.

Transparenter Kunststoff ist auch im Eden-Projekt im Vereinigten Königreich von großer Bedeutung. Das Eden-Projekt, die größte Pflanzenbiosphäre der Welt, verwendet als Verkleidung fortschrittliche Kunststoff-Ethyltetrafluorethylen- oder ETFE-Luftkissen. Diese Kunststofffolie ist nicht nur transparenter als Glas, sondern diese aufblasbaren dreilagigen Kissen sind im Vergleich zu Glasverkleidungen auch viel leichter. Darüber hinaus verschlechtert sich ETFE unter verschmutzten Umweltbedingungen nicht und ist umweltfreundlich.

• Synthetischer CVD-Diamant – Element Sechs
• Transparente Materialien – GKN
• Materialinnovationen – Ryerson University

Geschrieben von

G.P. Thomas

Gary schloss sein Studium der Geochemie an der University of Manchester mit einem erstklassigen Prädikatsexamen und einem Master in Erdwissenschaften ab. Nachdem er in der australischen Bergbauindustrie gearbeitet hatte, beschloss Gary, seine Geologiestiefel an den Nagel zu hängen und sich dem Schreiben zuzuwenden. Wenn er nicht gerade aktuelle und informative Inhalte entwickelt, spielt Gary in der Regel seine geliebte Gitarre oder schaut dem Aston Villa FC dabei zu, wie er die Niederlage aus den Klauen des Sieges reißt.

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