SATW INFO
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2/12
Schlussfolgerungen Das SATW Forum zu «Advanced Optoceramics» zeigte, dass die vorgestellten Prozessansätze, die höhere Dopingraten des zu Nanopulver verarbeiteten Trägermaterials mit «intelligenten» Fremdatomen wie Seltenen Erden ermöglichen, nicht nur zu verbesserten aktiven (Laser-) und passiven (Linsen-)Optiksystemen führen, sondern auch zu höheren Effizienzen bei Röntgendetektoren und LED-Lichtquellen. Die erforderlichen technischen Herstellungs- und Bearbeitungsprozesse sind zweifelsohne noch herausfordernd, aber mit dem in der Schweiz vorhandenem Wissen bei der Empa und den teilnehmenden Firmen machbar. Die an der ETH Zürich und der EPF Lausanne betriebene Forschung an multifunktionalen Werkstoffen ist höchst aktuell, da durch geeignete Behandlungsmassnahmen Keramiken nicht nur wie Halbleiter in ihren photonischen Eigenschaften eingestellt werden können, sondern zusätzlich noch in den mechanisch-thermi-
schen Parametern. Schliesslich wies die von Johannes Georg Bednorz aufgezeigte Methode der Massenproduktion dotierter Polymere auf eine Mannigfaltigkeit an Anwendungen hin, speziell im optischen Bereich. Die Veranstaltung wurde von den 30 Teilnehmern mehrheitlich mit «sehr gut» beurteilt und scheint somit einem Bedürfnis entsprochen zu haben. Während die Industrievertreter die Information über die Technologiefortschritte begrüssten, bekamen die Hochschulvertreter in der Diskussionsrunde wertvolle Hinweise über mögliche Anwendungsgebiete. Es zeigte sich, dass verschiedene Firmen sich bilateral über ihre Absichten und Fortschritte austauschen wollen, und es wurde von mehreren Teilnehmern der Wunsch nach einer Diskussionsplattform und einer Folgeveranstaltung geäussert.
Optokeramiken sind ein kleines, aber immer wichtiger werdendes Teilgebiet moderner Keramikwerkstoffe. Sie können zum Beispiel in Teleskopen zum Einsatz kommen. Im Bild das Weltraumteleskop Planck der Europäischen Weltraumorganisation ESA (Bildquelle ESA)
Impulse für Optokeramik Zum zweiten Mal fand 2011 ein SATW Forum statt. Das Thema war diesmal «Advanced Optoceramics».
Impressum
SATW Forum In der 2010 gestarteten Reihe «SATW Forum» werden im kleinen Kreis ausgewählter Experten Erkenntnisse über eine aktuelle, im Ansatz neuartige Technologie besprochen. Diese sollte im Labor bereits verifiziert sein und ein attraktives Marktpotential erkennen lassen, jedoch noch einer industriellen Umsetzung harren. Der Weg dorthin darf durchaus noch als risikoreich eingeschätzt werden, da sich gerade dies als Wettbewerbsvorteil für die Schweizer Hochschulen und Industrien erweisen könnte. Die Diskussion im Forumskreis soll primär zeigen, ob nicht nur fachliche Kompetenz, sondern auch ein gemeinsames Interesse an einer Weiterentwicklung der Technologie vorhanden ist.
SATW INFO 2/12, Mai 2012 SATW Geschäftsstelle Seidengasse 16, 8001 Zürich Tel. +41 44 226 50 11 info@satw.ch www.satw.ch Autor: Bernhard Braunecker Redaktion: Beatrice Huber Review: Andreas Zuberbühler Illustration: Andy Braun
Bei der Auswahl der Themen wird darauf geachtet, dass die Technologie trotz ihrer Neuartigkeit auf einer gewissen Tradition in der Schweiz aufbauen kann, um Akzeptanz bei Politik und Öffentlichkeit zu finden. Zudem sollten die Themen eine Weiterführung früherer Aktivitäten sein, über die sowohl auf akademischer als auch industrieller Seite genügend neue Erkenntnisse vorhanden sind, um die Risiken bei einer Weiterführung zu minimieren. Weiterführende Informationen www.satw.ch/publikationen/satwinfo
Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften Académie suisse des sciences techniques Accademia svizzera delle scienze tecniche Swiss Academy of Engineering Sciences
Die SATW hatte im Jahr 2010 mit ihrem Forum eine Veranstaltungsreihe geschaffen, die Fachleute aus einem bestimmten Technologiegebiet zusammenbringt, um über neueste Erkenntnisse zu informieren und um abzuklären, was dies für den Denkund Werkplatz Schweiz bedeuten könnte. Als Thema des zweiten Forums wurde «Advanced Optoceramics» gewählt. Optokeramiken gehören zur Klasse der oxidisch-mineralischen Werkstoffe, die ein breites Applikationsspektrum von Hochspannungsisolatoren bis zu Medizinalanwendungen abdecken. 1987 erhielten Johannes Georg Bednorz und Karl Alexander Müller vom IBM-Forschungszentrum in Rüschlikon den Nobelpreis für ihre Pionierarbeiten an auf Oxidkeramik basierenden Hochtemperatur-Supraleitern. In der Schweiz werden Keramiken schwerpunktmässig bei der Empa, an der ETH Zürich und der EPF Lausanne, aber auch in der Industrie behandelt.
Sinterprozesse zurück zu makroskopisch handhabbaren Proben. Da die Dopingrate beim heterogenen Nanopulver-Konvolut deutlich grösser sein kann als beim Einkristall, sind höhere Effizienzen bei bestimmten Materialeigenschaften zu erwarten.
Generell zeichnen sich diese Werkstoffe dadurch aus, dass sich durch gezielte Dotierung der Keramikmatrix mit Fremdpartikeln die mechanischen, elektrischen, thermischen und optischen Eigenschaften verändern lassen. Das geschieht über einen mehrstufigen Herstellungsprozess. Man zermahlt die Werkstoffe zu Nanopulver, dotiert sie und kommt dann über geeignete Press- und
Das SATW Forum fand am 24. November an der Empa in Dübendorf statt. Der erste Teil der Veranstaltung bot in sechs Kurzreferaten Informationen über Materialeigenschaften, Fortschritte in der Materialherstellung und -verarbeitung sowie über mögliche Anwendungen, der zweite Teil galt der Diskussion des Themas. Die Inhalte der Kurzreferate werden auf den nächsten Seiten näher vorgestellt.
Die optischen Keramiken zeigen eine hohe optische Transparenz, sind also rein äusserlich von hochwertigen optischen Glasscheiben nicht zu unterscheiden. Sie zeigen aber neben den für Keramiken typischen guten mechanischen und thermischen Eigenschaften auch weitere, für den Bau von Optikinstrumenten interessante optische Werte. Erwähnenswert sind hohe Brechzahlen, aussergewöhnliches Dispersionsverhalten und vor allem eine nutzbare Transmission vom visuellen bis in den 5 bis 6 μm Spektralbereich. Gerade für medizinische Anwendungen mit dem Erbiumlaser bei 3 μm sind somit neue Möglichkeiten denkbar.