Entwicklung lumineszenter photonischer Kristalle mit mehreren Wellenlängen durch eutektische Kristallisation für die nächste Generation der Authentifizierung

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Kühne
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566871760

Die Entwicklung innovativer fälschungssicherer Materialien ist entscheidend für zahlreiche Branchen, darunter Finanzen, Pharmazie, Elektronik und Luxusgüter. Da Fälschertechniken immer raffinierter werden, reichen herkömmliche Sicherheitsmaßnahmen oft nicht aus, um Betrug zu verhindern und die Echtheit von Produkten zu gewährleisten. Fortschrittliche Materialien mit speziellen optischen, chemischen oder strukturellen Eigenschaften bieten einen wirksamen Schutz, da sie nur schwer zu replizieren sind. Sie bewahren nicht nur Marken und geistiges Eigentum, sondern schützen auch Verbraucher vor gefälschten Produkten, die erhebliche Gesundheits- und Sicherheitsrisiken bergen können. Die Integration modernster Technologien – wie photonischer Strukturen, intelligenter Tinten oder nano-ingenieurtechnischer Materialien – ermöglicht dynamische und interaktive Authentifizierungsmechanismen, die eine Echtzeit-Verifikation erleichtern. In einer Zeit, in der sich digitale und physische Bedrohungen kontinuierlich weiterentwickeln, sind neue fälschungssichere Materialien unerlässlich, um Vertrauen zu erhalten, regulatorische Vorgaben zu erfüllen und wirtschaftliche Verluste durch Produktfälschungen zu minimieren. Kolloidale Kristalle zählen zu den vielversprechendsten fälschungssicheren Materialien. Monodisperse kolloidale Partikel ordnen sich durch Selbstorganisation zu präzisen kristallinen Strukturen an, wobei ihre Wechselwirkungen gezielt gesteuert werden können. Die regelmäßige dreidimensionale Gitterstruktur verleiht diesen Materialien photonische Bandlücken-Eigenschaften, die bestimmte Wellenlängen des einfallenden Lichts selektiv reflektieren. Dies führt zu brillanten, pigmentfreien Farben, die als strukturelle Farben bekannt sind. Besonders bemerkenswert ist, dass diese Farben eine außergewöhnliche Irideszenz und dynamische Einstellbarkeit aufweisen, während sie gleichzeitig gegen Ausbleichen und Degradation resistent sind. Dadurch gelten kolloidale Kristalle als hochinteressante Kandidaten für die nächste Generation fälschungssicherer Materialien. Die Integration von lichtemittierenden Komponenten in kolloidale Kristalle erweitert ihr Emissionsspektrum weit über die spontane Emission hinaus. Dies geschieht durch die Unterdrückung der Emission innerhalb der Bandlücke sowie die Verstärkung der Emission an den Bandkanten. Besonders bemerkenswert ist die stimulierte Emission an den Bandkanten, wenn die Kristalle optisch angeregt werden – ein Effekt, der auf das Slow-Photonen-Phänomen zurückzuführen ist und kolloidale Kristalle als effiziente optische Resonatoren nutzbar macht. Dank ihrer einfachen Verarbeitung aus Flüssigkeiten, ihrer spontanen Selbstorganisation in periodische Nano- und Mikrostrukturen sowie ihrer hohen Skalierbarkeit bieten kolloidale Kristalle großes Potenzial für Anwendungen in den Bereichen Optik und Photonik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Partnerorganisation: National Research Foundation of Korea, NRF
• Kooperationspartner: Professor Dr. Shin-Hyun Kim