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Nachhaltige Innovationen für die Zukunft
Dübendorf, St. Gallen und Thun – Von selbstfahrenden Autos bis zu smarten Textilien: Forschende der Empa revolutionieren die Infrarot-Technologie. Mit Hilfe von Quantenpunkten entwickeln sie Detektoren, die nachhaltiger, kostengünstiger und vielseitiger einsetzbar sind als bisherige Modelle. Diese innovative Herangehensweise kombiniert bahnbrechende Wissenschaft mit praktischen Anwendungen und könnte zahlreiche Industrien transformieren.
Was sind Quantenpunkte?
Quantenpunkte sind winzige Partikel, deren Eigenschaften nicht nur durch ihr Material, sondern auch durch ihre Größe bestimmt werden. Dank Quanteneffekten verhalten sich diese Partikel fundamental anders als größere Materialstücke. „Die Wissenschaft hinter Quantenpunkten mag komplex sein, doch ihre Verarbeitung ist erstaunlich simpel“, erklärt Dr. Ivan Shorubalko, Leiter des Empa-Labors „Transport at Nanoscale Interfaces“.
Diese Partikel können in Form von Lösungen verarbeitet und mittels kostengünstiger Techniken wie Druck oder Rotationsbeschichtung auf unterschiedlichste Oberflächen aufgebracht werden. Damit entfallen aufwändige Herstellungsprozesse herkömmlicher Halbleiter, die viel Energie und Ressourcen beanspruchen.
Vom Labor in die Praxis
An der Empa arbeiten Teams seit Jahren an der Synthese und Anwendung von Quantenpunkten. Bereits 2023 gelang es den Forschenden, einen Infrarot-Detektor auf eine Polymerfaser zu drucken – ein Meilenstein, der mit klassischen Halbleitern nicht möglich wäre. Diese Technologie könnte smarte Textilien ermöglichen, etwa Funktionskleidung für Feuerwehrleute oder medizinische Überwachungstextilien.
Ein weiteres Beispiel: In einem kürzlich veröffentlichten Artikel in ACS Photonics präsentierten Forschende der Empa und der ETH Zürich einen winzigen Infrarot-Detektor, kleiner als die Wellenlänge des von ihm gemessenen Lichts. Dadurch lassen sich neue Eigenschaften des Infrarotlichts, wie Phase und Interferenz, erfassen, was völlig neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.
Potenzial für selbstfahrende Autos und mehr
Ein besonders vielversprechendes Einsatzgebiet ist die Lidar-Technologie, die für autonomes Fahren essenziell ist. Aktuelle Systeme nutzen teure, leistungsstarke Detektoren, die oft nur begrenzte Reichweiten erlauben. Quantenpunkte könnten eine erschwingliche Alternative bieten, die sowohl sicher als auch effizient ist.
Bereits auf dem Markt – und noch lange nicht am Ende
„Solche Detektoren sind schon heute verfügbar und haben den Sprung vom Labor in die Praxis in beeindruckender Geschwindigkeit geschafft“, betont Shorubalko. Dennoch arbeiten die Forschenden daran, die Technologie weiter zu optimieren – für eine noch nachhaltigere, flexiblere und leistungsfähigere Zukunft.
Die Fortschritte der Empa zeigen eindrücklich, wie Wissenschaft und Technologie zur Lösung globaler Herausforderungen beitragen können. Die Nutzung von Quantenpunkten ist ein Paradebeispiel dafür, wie Forschung Innovationen für den Alltag hervorbringt.
Herausgeber: Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa)
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