Wissenschaft

Physik, Chemie, Technik

12.06.2017

Mit Licht zu maßgeschneiderten High-Tech-Materialien

Kratzer im Autolack per Laser reparieren oder empfindliche elektronische Bauteile mit Licht flexibler oder härter machen: An solchen Lösungen arbeitet Professor Christopher Barner-Kowollik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Queensland University of Technology (QUT) in Brisbane, Australien. Wie sich Beschichtungen und Materialien mit monochromatischem Licht aus Lasern für unterschiedliche Anwendungen maßschneidern lassen, untersucht er nun auch in einem Projekt, das der Australische Forschungsrat mit mehr als drei Millionen Australischen Dollar fördert (mehr als zwei Millionen Euro).

„Christopher Barner-Kowollik gehört zu den weltweit führenden Forschern auf seinem Fachgebiet, gleichzeitig ist er mit seiner Arbeit in Deutschland und Australien ein herausragendes Beispiel für die gelebte Weltoffenheit in der Wissenschaft“, sagt der Präsident des KIT, Professor Holger Hanselka. „Wir gratulieren ihm herzlich zu dieser großartigen Auszeichnung durch den Australischen Forschungsrat.“

„Die Materialwissenschaften – gerade auch im Mikro- und Nanometerbereich – bilden die Basis für Innovationen in zahlreichen Themenfeldern. Die Forschung von Christopher Barner-Kowollik erlaubt maßgeschneiderte Materialien für vielfältige Anwendungsbereiche. Die Förderung als Australian Laureate Fellow ist auch eine Anerkennung seiner bisherigen Arbeit – darüber freuen wir uns mit ihm!“, so der Vizepräsident des KIT für Forschung, Professor Oliver Kraft.

Ziel der Forschung von Christopher Barner-Kowollik ist es, Materialien mit Licht so programmieren und umprogrammieren zu können, dass sie sich genau auf ihren spezifischen Einsatzbereich anpassen lassen. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von intelligenten Beschichtungen und Materialien über synthetische Proteine bis zu lasergesteuerten 3-D-Drucktechnologien. „Ein Beispiel wäre eine Beschichtung, deren mechanische Eigenschaften sich mit Licht präzise steuern lassen, sodass sie an bestimmten Stellen flexibler wird, an anderen – dann mit Licht einer anderen Wellenlänge bestrahlt – härter”, erläutert der Chemiker. So könnten sich in Zukunft etwa auch Beschichtungen heilen oder empfindliche Elektronikbauteile leichter einbauen oder austauschen lassen.

„Manche Schätzungen besagen, dass bis zum Jahr 2030 zehn Prozent aller Produkte aus dem 3-D-Drucker kommen. Ein Verfahren, das es – allein durch ein Verändern der Wellenlänge des eingesetzten Lichts – erlaubt, mit der gleichen 3-D-Tinte  Produkte mit unterschiedlichen Materialeigenschaften herzustellen, wäre bahnbrechend”, sagt Barner-Kowollik. In der 3-D-Laserlithographie habe ein solches Verfahren mit sichtbarem Licht auch das Potenzial, die Herstellung von Computerchips maßgeblich zu beeinflussen.

In seiner weiteren Forschung wird Christopher Barner-Kowollik auch untersuchen, wie sich Licht nutzen lässt, um Informationen in Polymeren zu schreiben, zu speichern und zu lesen. Polymere, langkettige Moleküle, bilden die Bausteine für zahlreiche Materialien. Durch die Kontrolle über den Aufbau der Moleküle, auch Sequenz genannt, lassen sich die Eigenschaften solch großer Moleküle (Makromoleküle) steuern. „Polymere, deren Sequenz kodier- und lesbar ist, könnten etwa für die Herstellung künstlicher Proteine von hoher Bedeutung sein, aber auch für maßgeschneiderte Tinten für den 3-D-Druck im Mikro- und Nanometerbereich“, so Christopher Barner-Kowollik.

Die Fördersumme von gut drei Millionen Australischen Dollar stehen Barner-Kowollik in den kommenden fünf Jahren frei für seine Forschung zur Verfügung. Auf wichtigen Themengebieten – insbesondere der Herstellung von 3-D-Tinten für die 3-D-Laserlithographie in Kooperation mit Prof. Martin Wegener (KIT) – will er damit auch die enge Kooperation mit dem KIT weiter ausbauen, dabei soll auch der Doktorandenaustausch gestärkt werden.