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Deutscher Zukunftspreis 2013 Drei nominierte Teams vereint das Thema Licht

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Der Deutsche Zukunftspreis ehrt technische, ingenieur- und naturwissenschaftliche Leistungen. Alle drei nominierten Teams beschäftigen sich mit Licht. Wir stellen ihre Projekte vor.

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Einführende Worte vom Vorsitzenden der Jury, Prof. Dr. Ferdi Schüth im Ehrrensaal des Deutschen Museums
Einführende Worte vom Vorsitzenden der Jury, Prof. Dr. Ferdi Schüth im Ehrrensaal des Deutschen Museums
(Bild: VBM-Archiv)

Im feierlichen Rahmen wurden im Ehrensaal des Deutschen Museums in München die drei Nominierten des Deutschen Zukunftspreises vorgestellt. Eröffnet wurde die Veranstaltung von Prof. Dr. Wolfgang M. Heckl, Generaldirektor des Deutschen Museums. Wie die Nominierung gestaltet ist, erklärte Prof. Dr. Ferdi Schüth, Vorsitzender der Jury des Deutschen Zukunftspreises.

Dieser Preis wird seit 1997 vergeben und ist mit 250.000 Euro dotiert. Es werden Projekte gewürdigt, die ausgehend von exzellenter Forschung zu anwendungs- und damit zu marktreifen Produkten führen, und ehrt die Menschen, die hinter den Entwicklungen stehen. Um den Deutschen Zukunftspreis kann man sich nicht bewerben. Vielmehr schlagen 17 große Forschungsorganisationen und Wirtschaftsverbände sowie die Jurys herausgehobener Technik- und Innovationspreise auszeichnungswürdige Projekte vor.

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Nach den Worten von Schüth ist das aktuelle Thema Licht in diesem Jahr kein Zufall. Viele vorgeschlagene Themen beschäftigen sich mit optischen Technologien. Denn es ist zu beobachten, dass mechanische und technische Systeme durch optische Systeme verdrängt werden. Es gibt viele Firmen, die stark auf diesem Gebiet sind und Produkte von der Forschung bis zur Marktreife bringen.

Ultrakurzpulslaser für präzise Strukturen

Nominiert wurden drei Teams, die alle das Thema Licht hatten. Das erste Team wurde von Dr. Jens König vertreten: Ultrakurzpulslaser, die das Licht in Form energiegeladener Pulse mit Billionstelsekundendauer aussenden. Damit ebnen die Forscher den Weg für eine sehr exakte Herstellung winziger Strukturen – und zur industriellen Fertigung neuartiger Produkte. Sie haben die Technik des Ultrakurzpulslaser verfeinert.

Ultrakurzpulslaser für die industrielle Massenfertigung: Dr. rer. nat. Jens König, Prof. Dr. rer. nat. Stefan Nolte, Dr. sc. nat. Dirk Sutter (v.l.n.r.).
Ultrakurzpulslaser für die industrielle Massenfertigung: Dr. rer. nat. Jens König, Prof. Dr. rer. nat. Stefan Nolte, Dr. sc. nat. Dirk Sutter (v.l.n.r.).
(Deutscher Zukunftspreis)
Die Lichtpulse dieser Laser sind nur wenige Piko- oder Femtosekunden kurz (billionstel oder billiardstel Sekunden) und sehr energiereich. Die Laserstrahlung wirkt dabei hoch konzentriert auf das Material ein. Die Folge: Material, das von einem solchen Laserpuls getroffen wird, verdampft ohne Übergang in eine Schmelze. Der Abtrag erfolgt präzise und nur dort wo er soll, Mikrometer für Mikrometer. Störende Effekte bleiben durch die kalte Bearbeitung aus, wodurch eine Bearbeitung mit höchster Präzision auf kleinstem Raum möglich ist. Ein aufwändiges und teures Nachbessern der Produkte ist nicht erforderlich.

Kristalline Schaltschichten für lebendige Displays

Das zweite Team von Coherent Deutschland präsentierte kristalline Schaltschichten für lebendige Displays. Die Nachfrage nach Smartphones wächst kontinuierlich. In drei Jahren werden weltweit vermutlich zwei Milliarden Menschen – und damit doppelt so viele wie heute – ein solches Multitalent aus Mobiltelefon und tragbarem Minicomputer besitzen.

Der Erfolg der handlichen Hightech-Geräte basiert vor allem auf ihrem großen Touch-Display, das eine bequeme Handhabung und die hochauflösende Darstellung von Fotos, Animationen und Videoclips ermöglicht. Die Voraussetzung dafür ist eine Pixeldichte von mindestens 250 dpi: Die einzelnen Bildpunkte (Pixel) des Monitors liegen dann so dicht beieinander, dass das menschliche Auge sie nicht unterscheiden kann. Mit den Pixeln müssen dazu auch die darunterliegenden elektronischen Schaltkreise auf winzige Abmessungen schrumpfen.

Kristalline Schichten für lebendige Displays: Dr. rer. nat. Ralph Delmdahl, Dipl.-Ing. Rainer Pätzel, Dr.-Ing. Kai Schmidt (v.l.n.r.)
Kristalline Schichten für lebendige Displays: Dr. rer. nat. Ralph Delmdahl, Dipl.-Ing. Rainer Pätzel, Dr.-Ing. Kai Schmidt (v.l.n.r.)
(Deutscher Zukunftspreis)
Das lässt sich ausschließlich in dünnen Schichten aus Polysilizium verwirklichen – einem Werkstoff, der aus zahlreichen kleinen Silizium-Kristallen besteht und durch selektives Anschmelzen von ungeordnetem (amorphem) Silizium auf einem Glas-Substrat erzeugt werden kann.

Um diesen Prozess hochpräzise, schnell und auf großen gläsernen Substraten zu realisieren, entwickelten die Forscher und Entwickler von Coherent ein bislang einzigartiges optisches Verfahren. Es basiert auf energiereichen, kurzen Pulsen von ultraviolettem Licht, das zwei miteinander gekoppelte Oszillatoren eines neuartigen Excimer-Lasers aussenden. Durch eine eigens dafür geschaffene, patentierte Hochspannungsschaltung lassen sich die beiden Laserpulse auf eine milliardstel Sekunde genau synchronisieren.

Eine Laseroptik formt die Strahlen zudem zu einem 75 Zentimeter langen linienförmigen und dünnen Strahl, der die Glasoberfläche überstreicht – und dabei die Polysilizium-Schicht entstehen lässt. Auf diese Weise lassen sich mehrere Quadratmeter große Glassubstrate bearbeiten – das erlaubt einen hohen Durchsatz bei der Produktion der Displays.

Energiesparende Festkörperchemie – neue Materialien beleuchten die Welt

Energiesparende Festkörperchemie: Dr. rer. nat. Peter J. Schmidt und Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Schnick (v.l.n.r.)
Energiesparende Festkörperchemie: Dr. rer. nat. Peter J. Schmidt und Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Schnick (v.l.n.r.)
(Deutscher Zukunftspreis)
Herkömmliche Glühlampen sind Energieverschwender, die genügsameren „Energiesparlampen“ wegen anderer Nachteile ungeliebt. Wie lässt sich eine Beleuchtungstechnologie schaffen, die energieeffizient, umweltschonend und vielseitig einsetzbar ist und ganz neue Möglichkeiten schafft, das Licht zu nutzen? Prof. Dr. Wolfgang Schnick, Dr. Peter J. Schmidt und deren Teams fanden die Antwort auf diese Frage: Sie synthetisierten neuartige Leuchtstoffe, mit denen sich zum Beispiel warm-weiß leuchtende LEDs herstellen lassen.

Die Auswirkungen sind enorm: Würden alle konventionellen Leuchten durch diese neuartigen Lichtquellen ersetzt, ließen sich weltweit bis zu 10 Prozent des gesamten Stromverbrauchs einsparen. Allerdings: Jede einzelne LED kann nur Licht einer bestimmten Farbe aussenden. Das Erzeugen von weißem Licht hoher Lichtqualität, einer ausgewogenen Mixtur der spektralen Grundfarben, war bislang schwierig und teuer, da geeignete Materialien fehlten.

Die LMU-Wissenschaftler stießen bei der Grundlagenforschung auf eine Klasse von Substanzen, die dieses Problem lösen. Sie ersetzten die Sauerstoff-Atome in natürlich vorkommenden Silikaten durch Stickstoff. Dadurch entstanden Nitridosilikate: chemische Verbindungen, die Silizium und Stickstoff enthalten – ökologisch unbedenkliche Stoffe, die es auf der Erde in fast unerschöpflichen Mengen gibt. So gelang es den Forschern, den Substanzen besondere Eigenschaften zu verleihen: Sie sind sehr robust und lassen sich durch den Einbau von Fremdatomen gezielt für den Einsatz in Leuchtdioden maßschneidern und können das Licht blauer LEDs in weißes Licht konvertieren.

Die eigenltiche Verleihung findet am 4. Dezember durch Bundespräsident Joachim Gauck statt. Erst am Tag der Verleihung wird entschieden, welches Team die Auszeichnung bekommt.

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