Kunstlicht

Licht aus Polymeren

Von Stefanie Hense

02. November 2004 Flachbildschirme, biegsame Leuchtdioden, vielleicht bald ein batteriebetriebener Kunststofflaser: die Anwendungsmöglichkeiten für sogenannte konjugierte Polymere sind immens. Ihnen ist eines gemein: Sie nutzen den Zusammenhang zwischen Licht und elektrischem Strom. Das kettenförmige Polymer strahlt Licht ab, wenn man elektrischen Strom hindurchleitet. Was dabei jedoch in einem solchen großen Molekül im Detail vor sich geht und wie die physikalischen Eigenschaften - etwa die Lichtemission - mit der chemischen Struktur zusammenhängen, war bisher weitgehend unbekannt. Die Gruppe um John Lupton und Jochen Feldmann von der Ludwig-Maximilians-Universität München hat jetzt etwas mehr Licht in diese Prozesse gebracht.

Wie die Forscher in den "Proceedings" der amerikanischen Akademie der Wissenschaften (Bd. 101, S. 14695) berichten, bedienten sie sich dazu der sogenannten Einzelmolekül-Spektroskopie. Das Polymer, das von einem Laser angeregt wurde, war so stark verdünnt worden, daß die untersuchte Probe jeweils nur ein einziges angeregtes Polymer-Molekül enthielt. Die Ergebnisse sind so leichter zu interpretieren. Unter anderem wollten die Wissenschaftler herausfinden, was passiert, wenn man die Intensität, die Wellenlänge und den zeitlichen Verlauf des von dem Polymer abgestrahlten Lichts verändert. Sie untersuchten zwei grundsätzlich verschiedene, technisch bedeutsame Polymere, deren Moleküleigenschaften Extreme darstellen: Poly-Para-Phenylen (PPP), das eine starre, leiterförmige Struktur besitzt, und das biegsame, ungeordnete Poly-Phenylen-Vinylen (PPV). Die beiden verhalten sich ähnlich wie rohe zu gekochten Spaghettis.

Im abgestrahlten Licht der beiden Polymere bemerkten die Forscher eine charakteristische, ungefähr einen Nanometer breite Spektrallinie im blauen beziehungsweise grünen Spektralbereich. Die Wellenlänge - also die Farbe des emittierten Lichts - war jedoch nicht konstant, sondern flackerte in Abständen von ein bis zwei Sekunden hin und her. Diese Schwankungen der Wellenlänge waren nur scheinbar zufällig. Tatsächlich folgten sie für beide Polymere statistischen Gesetzmäßigkeiten. Diese Gesetzmäßigkeiten lassen ihrerseits Rückschlüsse auf den Prozeß zu, bei dem die Polymere Licht emittieren. Dieser Vorgang, bei dem ein Elektron seine Energie ändert und die Energiedifferenz als Licht abstrahlt, ist für beide Moleküle gleich, obwohl die Molekülketten völlig unterschiedlich angeordnet sind - so, wie die Spaghetti im einen Fall parallel nebeneinanderliegen, im anderen Fall hingegen verknäuelt durcheinanderliegen.

Es gibt aber offenbar nicht nur Gemeinsamkeiten zwischen den beiden Polymeren, sondern auch Unterschiede in der Lichtemission. So ist es in der verknäuelten Struktur möglich, daß sich zwei lichtemittierende Abschnitte der Molekülkette berühren. Sie bilden dann ein sogenanntes Aggregat, das seinerseits wieder Licht abstrahlen kann. Im Vergleich zur Lichtemission aus einem einzelnen Abschnitt erfolgt die Emission aus einem Aggregat bei etwas anderen Wellenlängen. Tatsächlich können die biegsamen Polymere zwischen beiden Emissionsarten umschalten.

Die Münchener Physiker hoffen, daß man durch die Aufklärung des Zusammenhangs zwischen molekularem Aufbau und optischen Eigenschaften gezielt neue Polymere entwickeln und deren Eigenschaften vorhersagen kann. Das könnte dazu führen, daß die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten schneller und besser verwirklicht werden.

Text: Frankfurter Allgemeine Zeitung, 03.11.2004, Nr. 257 / Seite N2

Drucken Versenden Speichern Vorherige Seite