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Feinstrukturierung von Glühfaden steigert Lichtausbeute

Rochester/Wien - Hochleistungs-Laser sind der Schlüssel, um klassische Glühbirnen deutlich effizienter als bisher zu machen. Wie Forscher der University of Rochester http://www.rochester.edu gezeigt haben, kann per Laser der Wolfram-Glühfaden entsprechend strukturiert werden. Damit sei es möglich, die Helligkeit einer 100-Watt-Glühlampe bei geringerem Stromverbrauch als bei einer 60-Watt-Birne zu erreichen. Der Preis bleibt laut University of Rochester geringer als jener von fluoreszierenden Beleuchtungslösungen, während das abgestrahlte Licht angenehmer wirkt. Da der genutzte Femtosekunden-Laser über eine normale Steckdose versorgt werden kann, sollte der Prozess nach weiterer Verfeinerung auch leicht allgemeiner umsetzbar sein.

"Wir haben damit experimentiert, wie ultraschnelle Laser Metalle verändern, und uns gefragt, was passiert, wenn wir den Laser auf einen Glühfaden richten", beschreibt Chunlei Guo, Assistenzprofessor für Optik an der University of Rochester. Der Laserstrahl wurde durch das Glas der Glühbirne abgefeuert, um ein kleines Stück des Glühfadens zubearbeiten. "Als wir die Glühbirne eingeschaltet haben, konnten wir sehen, dass dieser Bereich eindeutig heller war als der Rest des Fadens", sagt Guo. Der Energieverbrauch sei allerdings unverändert geblieben. Man habe zwar erwartet, dass der Ansatz funktioniert, sei aber überrascht gewesen, wie viel heller der bearbeitete Glühfaden-Bereich wurde.

Der Schlüssel zum Erfolg sind extrem kurze, hochintensive Femtosekunden-Laserpulse, also Pulse, die nur wenige Billiardstel Sekunden dauern. In diesem kurzen Zeitraum wird massiv Energie auf einem nadelspitzengroßen Punkt freigesetzt. Dadurch entstehen an der Oberfläche des Wolfram-Fadens Nano- und Mikrostrukturen, welche die Effizienz der Lichtabstrahlung entscheidend beeinflussen. Im Prinzip ist das die Umkehrung eines Prozesses, mit dem Guo und sein Team 2006 ein Metall in einen hocheffizienten, schwarzen Lichtabsorber verwandelt haben. Neben der Helligkeit der Glühbirne lässt sich durch die Laserstrukturierung auch die Lichtfarbe beeinflussen. Bislang sind blaue Glühbirnen noch außer Reichweite, doch das an sich gelbliche Licht eines Wolfram-Glühfadens konnte bereits in Richtung Weiß verschoben werden. Außerdem haben es die Wissenschaftler geschafft, dass ein Glühfaden aufgrund von engen, parallelen Nanostrukturen teilweise polarisiertes Licht abgibt. Nun untersuchen die Forscher, ob sie noch weitere Eigenschaften von Glühbirnen per Laser beeinflussen können.

Günther Brauner, Vorstand des Instituts für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft der Technischen Universität Wien http://www.ea.tuwien.ac.at, gibt sich skeptisch, ob eine so hohe Effizienzsteigerung bei klassischen Glühbirnen wirklich erreichbar ist. Jedenfalls lässt er das Argument des angenehmeren Lichts nicht gelten. "Es gibt inzwischen Energiesparlampen, die den Tageslichtcharakter gut nachempfinden", betont der Wissenschaftler. Dafür zahlen sie zwar mit einer etwas geringeren Effizienz, doch klassische Glühbirnen würden immer noch klar ausgestochen. Auch das Argument, dass Energiesparlampen über längere Zeit eingeschaltet bleiben sollen, zieht nicht mehr. "Es gibt inzwischen spezielle Facility-Lampen, die beliebig ein- und ausgeschaltet werden können", erklärt Brauner. Sie sind somit für Gänge oder Nassräume bestens geeignet. Auch, wenn die aus Rochester gemeldete Effizienzsteigerung bei klassischen Glühlampen wirklich erzielt werden kann, dürfte sie die Glühbirne vor dem auf EU-Ebene beschlossenen Aus kaum retten. (pressetext.austria)