Durchsichtiges Papier Bilder dank Ferromagnete - Pro

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die Transparenz bis über 70 Prozent
bei 600 nm Wellenlänge. Den WisPapier aus nanometergroßen Zellu- senschaftlern gelang es, die glatte
losefasern ist transparent und eigOberfläche auch auf andere Weise
net sich als Träger für elektronische herzustellen, z. B. indem sie optisch
Schaltungen.
transparente Kunststoffschichten
Glas ist wegen seiner geringen Tem- auf das Papier laminierten oder
peraturausdehnung ein geeigneter
durch Bedrucken mit einer geeigTrägerwerkstoff für elektronische
neten Tinte. Auch die BeschichGeräte. Da es aber zerbrechlich
tung mit transparenten leitfähigen
ist, suchen Wissenschaftler nach
anorganischen Materialien wie
Alternativen und haben dazu vor
Indiumzinnoxid ist machbar. Manallem Kunststoffe erforscht. Leider
che Verfahren liefern zudem eine
Schicht, die das Nanofaserpapier
vor Feuchtigkeit schützt.
Durchsichtiges Papier
Optisch durchsichtiges Nanopapier
(links) besteht aus
15 nm dünnen
Zellulosefasern,
in gewöhnlichem
Papier (rechts)
sind die Fasern
30 μm dick.
1) M. Nogi et al., Adv.
Mater., DOI: 10.1002/
adma.200803174
2) J. Weizenecker et al.,
Phys. Med. Biol. 54, L1
(2009)
3) K. Okamoto et al.,
Appl. Phys. Lett. 94,
071105 (2009)
Bilder dank Ferromagnete
Ein medizinisches 3D-Bildgebungsverfahren arbeitet mit magnetischen Tracern.
Tomografische Untersuchungsmethoden wie die Computer- (CT)
oder Magnetresonanztomografie
(MRI) gehören seit Jahrzehnten
haben diese einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizient – vor allem zum Standardrepertoire in der Medizin. Jede hat ihre Vor- und Nachwenn sie elastisch sind. Eine Arteile. Forscher von Philips haben
beitsgruppe der Universität Kyoto
um Hiroyuki Yano hat in Zellulose- vor vier Jahren das Prinzip einer
fasern eine interessante Alternative neuen Methode vorgestellt, mit der
sie nun erstmals von einem lebengefunden.1)
Die Japaner nutzen als Ausden Organismus 3D-Scans in Echtzeit gewinnen konnten.2) Das sog.
gangsmaterial dieselbe Zellulose,
aus der Papiermühlen ihre Erzeug- Magnetic Particle Imaging (MPI)
nisse fertigen. Allerdings bearbeiten nutzt die Magnetisierung von Trasie die mikrometergroßen Fasern
cerpartikeln aus und unterscheidet
in einem ausgeklügelten Prozess
sich damit vom MRI, das auf dem
so, dass nur noch Fasern mit 15 bis
Umklappen der Kernspins beruht.
20 nm Durchmesser übrig bleiEin MPI-Scanner arbeitet mit
ben. Diese Nanofasern bestehen
einem statischen und einem oszilaus bündelförmigen Fibrillen,
lierenden Magnetfeld. Das statische
die höchstens 4 nm Durchmesser
Feld erzeugen die Wissenschaftler
haben. Aufgrund der Wasserstoffmit einer Helmholtz-ähnlichen
brückenbindungen zwischen den
Spulenanordnung; es besitzt einen
Zellulosemolekülen bilden sich
einzigen feldfreien Punkt. Befinden
kristalline Domänen aus. Papier aus sich ferromagnetische Partikel in
diesen Nanofasern hat einen ähnlich geringen Wärmeausdehnungskoeffizient wie Quarz und ist fünfmal fester als Weichstahl. Wärme
überträgt es ähnlich gut wie Glas.
Mehr noch: Da die Nanofasern
im Papier dicht an dicht liegen,
streuen sie kaum Licht – das Papier
wird transparent. Das aus ihnen
gepresste Rohpapier ist zunächst
Philips’ neues Magnetic Particle Imaging
etwas lichtdurchlässig, aber durch
eine Politur mit Schleifpapier steigt nutzt die Magnetisierung von Tracern.
Philips
Adv. Mater.
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Physik Journal 8 (2009) Nr. 4
© 2009 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
dessen Nähe, richtet sich deren Magnetisierung an dem äußeren oszillierenden Feld aus. An allen anderen Stellen bestimmt das statische
Feld die Magnetisierungsrichtung
der Partikel. Da deren Magnetisierung nicht linear verläuft, erzeugt
die Umorientierung in der Nähe
des feldfreien Punktes ein Signal,
das sich mit einer Empfängerspule
messen lässt und proportional zur
Konzentration der Partikel ist. Bewegen die Forscher den feldfreien
Punkt durch die Probe, können
sie die räumliche Verteilung des
Tracers bestimmen. Für 3D-Bilder
sind neben dem oszillierenden Magnetfeld drei senkrecht zueinander
stehende erforderlich.
Die Philips-Wissenschaftler
injizierten Mäusen Eisenoxidpartikel, wie sie auch für MRI-Untersuchungen verwendet werden, in
den Blutkreislauf und nahmen mit
dem neuen Verfahren erfolgreich
3D-Bilder vom Herzen auf. Sie
arbeiteten dabei mit klinisch zugelassenen Tracer-Konzentrationen.
Die zeitliche Auflösung der Scans
erreicht 21,5 ms bei einem Bildfeld
von 20 × 12 × 17 mm3, die räumliche ist hoch genug, um alle Herzkammern aufzulösen.
Beim Sprung zu einem MPITomograf, der sich für Menschen
eignet, sind noch einige Probleme
zu lösen. So ist es z. B. nicht ganz
einfach, die für diese Dimensionen
passenden Magnetfelder zu erzeugen oder das schwache Signal der
Partikel zuverlässig auszulesen.
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Wachsames Fenster
Eine mit Kunststoff beschichtete
Glasscheibe bildet das Herz eines
Überwachungssystems.
Lichtschranken oder Bewegungsmelder schützen Gebäude vor unerlaubtem Betreten oder schalten
die Beleuchtung an. Sie arbeiten
mit passiven oder aktiven Sensoren,
manchmal mit einer Kombination
aus beidem. Wissenschaftler der
Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung in Golm
und für Rechnerarchitekturen und
Softwaretechnik in Berlin nutzen
Fraunhofer IAP
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Grünliches Leuchten
Eine Galliumnitrid-Laserdiode
strahlt im kontinuierlichen Betrieb
bei 499,8 nm.
Die Entwicklung einer Laserdiode im grünen Spektralbereich ist
ein Ziel der Halbleiterfertigung.
UV-Licht fällt auf eine beschichtete
Eine solche Diode wäre z. B. eine
Fensterscheibe und erzeugt Fluoreszenzkompakte und effiziente Strahlicht, das der Detektor auffängt.
lungsquelle für mobile Projektoren.
für einen neuen Ansatz FensterForscher des japanischen Halbleischeiben als Detektorflächen.
terherstellers Rohm haben nun das
Dazu beschichten sie das Glas
Labormuster eines GaN-Lasers vormit einem Kunststoff, der dank
gestellt, der bei 499,8 nm emittiert.3)
Zusatzpartikel fluoresziert. Fällt
Der Schlüssel zum Erfolg liegt in
UV-Strahlung auf die präparierte
der Eigenerwärmung der Diode,
Scheibe, emittiert der Kunststoff
durch die sich ihr StrahlungsLicht, das sich aufgrund von Total- maximum um gut 10 nm zu länreflexion zum großen Teil innergeren Wellenlängen verschiebt.
halb des Glases ausbreitet. Mit
Allerdings verkürzt sich dadurch
Fotodetektoren oder Solarzellen
die Lebensdauer der Diode deutlässt es sich messen. Tritt jemand
lich, sodass sich der Effekt nicht für
eine Massenproduktion eignet.
zwischen UV-Quelle und Scheibe,
Die Wissenschaftler stellten zwei
emittiert der Kunststoff nicht mehr,
und die Auswerteelektronik meldet Varianten der Diode her, für die
sie kommerzielle Substrate aus sog.
ein Objekt vor der Scheibe – fertig
m-plane-GaN als Ausgangsbasis
ist der Bewegungsmelder.
nutzten. Mithilfe der metall-orgaAls Kunststoff nutzen die Fornischen chemischen Gasphasenscher u. a. Zellulose-Acetat. Es ist
abscheidung brachten sie eine
amorph, trübt also die Scheibe
InGaN-Vielquantentopf-Diode auf
nicht, und hat einen Brechungsdas nichtpolare Material auf. Die
index, der mit dem von Glas veroptischen Resonatoren der Bauteile
gleichbar ist. In das Acetat lagern
waren so ausgelegt, dass die Aussie Nanopartikel ein, die im Ultrakoppelspiegel 70 bzw. 97 Prozent
violetten absorbieren. Hierfür eignen sich z. B. Halbleitermaterialien des Lichts reflektierten.
Die Wellenlänge der Laserauf Basis von Zinksulfid, Yttriumemission steigt mit zunehmender
vanadat oder Lanthanphosphat.
Der präparierte Kunststoff lässt sich Eingangsleistung: Mit 3,03 W erreichen die Dioden mit den höher
mit Airbrush-Technik oder Filmreflektierenden Auskoppelspiegeln
gießen auf das Glas aufbringen.
eine Ausgangsleistung von 15 mW
Als Demonstrator haben die
bei 499,8 nm. Ihre SchwellenForscher eine Scheibe mit 25 cm
Kantenlänge beschichtet und an je- stromdichte beträgt 3,1 kA/cm2
der Kante vier Sensoren angebracht. bei einem Schwellenstrom von
46 mA. Die Dioden mit 70 ProIhre Zahl hängt von der Größe des
zent Reflektivität benötigen eine
zu überwachenden Feldes und der
geringere Schwellenstromdichte
zu erfassenden Objekte ab. Über
einen Algorithmus lässt sich ermit- (2,8 kA/cm2), um die maximale
Ausgangsleistung von 92 mW zu
teln, in welche Richtung und mit
erreichen – dann aber bei 492,8 nm.
welcher Geschwindigkeit sich ein
Beide Labormuster liefern bessere
Objekt bewegt. Als UV-Quelle genügt die Raumbeleuchtung, da jede Werte als der bisherige RekordhalLampe auch ultraviolette Strahlung ter unter den GaN-Laserdioden:
ein Labormuster, das Rohms japaemittiert. Nun wollen die Wissennischer Konkurrent Nichia Anfang
schaftler die Haltbarkeit der Beschichtung und die Anforderungen 2008 präsentiert hatte. Es emittierte
5 mW bei 488 nm.
im Hinblick auf konkrete AnwenMichael Vogel
dungen untersuchen.
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