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Photonik: Vollständig entspiegelnde Beschichtung entwickelt

Reflektierende Oberflächen | Von oben nach unten: Unterschiedliche Lichtreflexion an Oberflächen aus Aluminium, Silizium, Aluminiumnitrid und durch die neuartige Beschichtung entspiegeltes Aluminiumnitrid.
Einen minimalen Brechungsindex ähnlich dem von Luft hat ein Film, den ein Team von Ingenieuren unter der Leitung von Fred Schubert am Rensselaer Polytechnischen Institut in Troy hergestellt hat. Eine geschickte Kombination von Filmen verschiedener Brechzahlen reduziert die Reflexion an einer Oberfläche auf weniger 0,1 Prozent des eingefallenen Lichtes. Auf durchsichtiges Material aufgetragen, sorgt eine solche Beschichtung für spiegelfreien Durchblick, undurchsichtige Materialien werden tiefschwarz.

Den extrem geringen Brechungsindex von 1,05 (zum Vergleich: Luft 1, Fensterglas 1,45) erreichten die Wissenschaftler, indem sie feine Siliziumdioxid-Stäbchen – 2000-mal dünner als ein menschliches Haar – im 45-Grad-Winkel auf eine Aluminiumnitrid-Schicht aufbrachten. Unter dem Mikroskop erinnert die Oberfläche an am Hang gewachsenen Rasen. Die bei der Herstellung fein einstellbare Dichte der "Grashalme" ist dabei bestimmend für den Brechungsindex: Je mehr Luft zwischen den Stäbchen Platz findet, desto stärker nähert sich der Brechungsindex dem von Luft an. Und da Reflexion immer dann auftritt, wenn sich die Brechzahlen zweier Materialien stark unterscheiden (wie beim Diamanten, Brechzahl 2,42), lässt sich die Spiegelung dadurch unterbinden, dass an der Grenze zwischen Luft und Feststoff mehrere Schichten des Films eingeschoben werden, deren Brechungsindex behutsam von dem der Luft zu dem des Feststoffes hin ansteigt.

Entspiegelnder Film in Nahaufnahme | Um den niedrigen Brechungsindex zu erreichen, wurden Siliziumdioxid-Stäbchen auf eine dünne Aluminiumnitrid-Schicht aufgebracht.
Zwar gibt es bereits effektive Entspiegelungsmethoden für bestimmte Wellenlängen und Winkel. Für beliebigen Einfallswinkel und alle sichtbaren Wellenlängen sei diese Beschichtung aber zehnmal so gut wie die beste Entspiegelungsbeschichtung, die es bisher gab, so Schubert. Davon könnten in Zukunft solche Anwendungen profitieren, bei denen der Aus- oder Eintritt von Licht wichtig ist: Solarzellen steigern ihre Lichtausbeute, LEDs werden bis zu 40 Prozent effizienter, Computer-Monitore reflektieren nicht mehr. Darüber hinaus können theoretische Untersuchungen der Quantenmechanik, die auf Annahmen über einen reflexionsfreien oder "schwarzen" Körper beruhen, nun experimentell überprüft werden.

Brechzahlen, die ähnlich nahe an der von Luft sind, konnten bisher nur durch hochporöse Stoffe erreicht werden. Diese lassen sich jedoch nicht so dünn herstellen, dass sie sich zur Beschichtung eigenen. (jpb)

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