Hauchdünne Antireflex-Beschichtungen mit Brechungsindex nahe Luft

Keine Reflexionen mehr, das würde nicht nur Fotografen, Bildschirmarbeiter und Gemäldesammler erfreuen, auch Solarzellen könnten effektiver werden und Laser-Zieleinrichtungen unbrauchbar. Möglich wird das durch eine Beschichtung, die einen Brechungsindex ganz ähnlich der umgebenden Luft hat: US-Forscher präsentieren jetzt das erste derartige Material.

Troy (USA) - Durch seine teppichähnliche Struktur spiegelt es so gut wie keine der auftreffenden Lichtstrahlen wieder. Auf Glas aufgebracht, geht alles Licht ungehindert hindurch, auf einem schwarzen Körper wird es optimal absorbiert. Die Forscher beschreiben die Herstellung ihrer Nanoröhrchen-Teppichschichten im Fachblatt "Nature Materials".

"Wir kontrollieren den Brechungsindex der Titanoxid- und Siliziumoxid-Nanoröhrchen-Schichten bis zu einem Minimalwert von 1,05, dem niedrigsten bislang berichteten Wert", schreibt das Team um E. Fred Schubert vom Rensselaer Polytechnic Institute in New York. Luft hat einen Brechungsindex von 1,00029, nur ein perfektes Vakuum erreicht den Maximalwert von 1,0. Festkörper hingegen haben normalerweise Werte über 1,4, solche mit niedrigeren Werten lassen sich nicht zu dünnen Beschichtungen verarbeiten. Deshalb haben die Forscher eine neue Klasse von Beschichtungen entwickelt. Ihr Trick: Sie deponierten winzige Röhrchen aus Silizium- oder Titanoxid in einem schrägen Winkel auf eine Aluminiumnitrid-Oberfläche. Wie Teppichfäden beherbergen die Röhrchen Luft zwischen sich, so dass sich ein kombinierter Brechungsindex von Röhrchen und Luft ergibt. Je größer der Anteil der Luft zwischen den Röhrchen, desto mehr nähert sich der Brechungsindex dem Wert 1.

Der Brechungsindex der Schicht lässt sich exakt über den Winkel der Röhrchen zur Oberfläche steuern, so die Forscher -- und der Winkel ist von der Herstellungstemperatur abhängig. Eine optimale Antireflex-Beschichtung erzielt Schuberts Team durch Mehrfachbeschichtung: Die unterste Schicht auf dem Festkörper hat einen Brechungsindex ähnlich diesem Festkörper, darüber liegende haben einen niedrigeren, bis zur obersten Schicht mit dem niedrigsten Wert, nahe Luft. Das "eliminiert praktisch alle Reflexionen aller Wellenlängen", erklären die Forscher.

Praktische Anwendungen fände das Material nicht nur bei allen Arten von Glasbeschichtung, bei denen Spiegelungen aus optischen oder ästhetischen Gründen ungewollt sind. Es könnte auch die Effizienz von Solarzellen weiter steigern, indem es sämtliches auftreffendes Licht ungehindert ins Zelleninnere leitet, oder die Lichtstärke von Leuchten, da alle erzeugten Lichtwellen durch die Glashülle nach außen gelangen. Und letztlich könnte auch das Militär profitieren, da etwa Laserzieleinrichtungen von Heckenschützen ebenso wie von "intelligenten Bomben" keine feste Oberfläche identifizieren könnten.