Unter Druck: Wissenschaftler entwickeln hochempfindlichen molekularen optischen Drucksensor
Molekularer Rubin für Anwendungen in den Materialwissenschaften und in der Katalyse
©: Sven Otto, JGU
Der Vorgang der Druckmessung mit dem molekularen Rubin ist denkbar einfach. Die betreffende Stelle wird mit blauem Licht bestrahlt, der molekulare Rubin absorbiert dieses Licht und sendet daraufhin Infrarotstrahlung aus. Je nach Druck ändert sich die Energie des ausgesendeten Lichts in empfindlicher Weise. Anhand dieser Energie kann der vorherrschende Druck abgelesen werden.
Die anspruchsvollen Druckexperimente bis zu 45.000 bar hat Sven Otto, Doktorand aus der Arbeitsgruppe Heinze, in den Laboren der Gruppe von Prof. Dr. Christian Reber an der Universität Montreal durchgeführt. Der Forschungsaufenthalt von Sven Otto war von der Exzellenz-Graduiertenschule Materials Science in Mainz (MAINZ) finanziert worden. „Die experimentellen Untersuchungen in Montreal waren eine großartige Erfahrung und der schlussendliche Erfolg der Experimente einfach fantastisch“, schwärmt Sven Otto. „Die höchsten Drücke, die wir in einer sogenannten Diamantstempelzelle gemessen haben, sind etwa 45 Mal höher als der Druck an der tiefsten Stelle des Ozeans“, erläutert Otto. „Die sehr großen Effekte, die wir erzielt haben, sind überwältigend“, ergänzt Professor Christian Reber, ein Experte der Lumineszenzspektroskopie bei hohen Drücken und derzeit ein vom DAAD geförderter Gastwissenschaftler an der JGU. Tatsächlich sind die Effekte bis zu 20 Mal stärker als die des Edelsteins Rubin.
Chance auf völlig neue Anwendungen eröffnet
Das Prinzip der optischen Druckmessung mit Chromverbindungen war bereits zuvor bekannt. Jedoch sind alle diese Verbindungen, wie der Rubin selbst, unlöslich. Somit waren optische Druckmessungen in einer Lösung mit einer einzigen Art von gelösten Molekülen bislang nicht möglich. „Unser molekular Rubin jedoch beherrscht dieses Kunststück“, sagt Professorin Katja Heinze. „Wir hoffen, dass unsere Erkenntnisse den Weg für völlig neue Anwendungen über die klassischen Anwendungen hinaus, zum Beispiel in der homogenen Katalyse oder in biologischen Systemen, ebnen werden. Wir arbeiten auch genau in diese Richtung weiter“, fügt Heinze hinzu.
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