02.06.2022

Mit UV-Licht auf Titandioxid schreiben

Wiederbeschreibbare Oberfläche aus Nanokristallen entwickelt.

Ein Forscherteam in den USA hat eine Beschichtung hergestellt, die mit UV-Licht beschreibbar ist und deren Schrift sich unter Luft­sauer­stoff wieder auslöscht. In vielen Fällen ließe sich damit Papier­abfall vermeiden. Das Material besteht aus drei ungiftigen Grund­komponenten und wird durch einen einfachen Synthese­schritt hergestellt.

Abb.: Aufgetragen auf Glas oder Papier bilden die Nano­kristalle eine...
Abb.: Aufgetragen auf Glas oder Papier bilden die Nano­kristalle eine gleich­mäßige Be­schich­tung, die mit UV-Licht be­schreib­bar ist. (Bild: Wiley-VCH / Ang. Ch.)

Um mit Licht beschreibbare Oberflächen herzustellen, nutzten die Wissenschaftler um Yadong Yin von der University of California in Riverside die Halbleiter­eigen­schaften von Titandioxid aus. Nano­kristal­lines Titandioxid verändert sich unter Einstrahlung von Licht im Ultra­violetten. Durch die Lichtanregung wechseln die Titanatome ihre elektrische Ladung, und der vorher transparente Film wird dunkelblau bis schwarz. Der Farbwechsel dauert aber nicht an, denn Luft­sauer­stoff sorgt für eine direkte Rück­oxidation.

Die Forscher verlängerten nun die Einfärbung durch Zusatzstoffe. Dafür dotierten sie die Nanokristalle mit Stickstoff, den sie aus Harnstoff gewannen, und bauten dazu Diethylen­gylcol ein, das als gängiges und ungiftiges Lösungs­mittel diente und für den Farbumschlag eine entscheidende Rolle spielte. Wie das Team feststellte, fing es über­schüssige Ladung auf und verzögerte somit die Rück­oxidation in den trans­parenten Zustand.

Aufgetragen auf Glas oder Papier bildeten die Nanokristalle eine gleichmäßige Beschichtung, die mit UV-Licht beschreibbar war. Dafür reichte eine dreißig­sekündige Beleuchtung mit einer Lichtquelle im Wellen­längen­bereich unter vierhundert Nanometer aus. Es muss keine starke Lichtquelle, schon im Leistungs­bereich einer LED-Lampe wird ein hoher Kontrast erzielt.

Für das Beschreiben gab es zwei Optionen. Zum einen erzeugten die Forscher ein Schriftbild, indem sie ein Stück beschichtetes Papier oder Glas wie bei einem Fotodruck durch eine Fotomaske beleuchteten. Die andere Möglichkeit war das Freihand-Schreiben mit einem Laserstift. In beiden Fällen entstand ein kontrast­reiches Muster, das mehrere Stunden stabil war und dann entweder durch Erhitzen gelöscht wurde oder langsam durch den Luft­sauer­stoff verblasste. Das Team weist darauf hin, dass der Fortbestand der Schrift durch einen Schutz­überzug aus einem ungiftigen Polymer verlängert werden kann.

Ein großer Vorteil des Systems ist die Wieder­verwend­barkeit. In der Studie waren bis zu fünfzig Schreib-Lösch-Zyklen ohne nennens­werten Kontrast­verlust möglich. Anwendungen seien daher besonders in Bereichen sinnvoll, in denen wieder­verwend­bare Oberflächen gefragt sind, wie zum Beispiel bei Tages­etiketten, auf Hinweis­schildern, in der Daten­speicherung oder der Sensorik. Die Wissen­schaftler heben insbesondere die unkompli­zierte Herstellung aus gängigen und ungiftigen Ausgangs­materialien und die gute Kompati­bilität mit anderen Materialien hervor.

Wiley-VCH / RK

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