4. März 2020

Fraunhofer HHI und TU Clausthal beobachten erstmals farbwechselnde Funken

Forschende der Abteilung Faseroptische Sensorsysteme am Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI haben in Kooperation mit der Technischen Universität Clausthal die Funkenbildung seltener Erdmetalle untersucht. Dabei konnten erstmalig farbige Phasen der Funken beobachtet und analysiert werden, welche sonst nur in Flammen, nicht aber in glühenden Partikeln vorkommen.

Im Alltag können Funken bei Holzfeuern, der Metallbearbeitung oder aber bei Wunderkerzen beobachtet werden. Diese erhitzte, feste oder flüssige Materie (sog. Schwarzkörperstrahler) weist einen begrenzten Farbraum auf, der sich auf dunkles Rot (Kohlefunken), Goldgelb (Eisen) oder grelles Weiß (Magnesium, Aluminium) begrenzt. Während Flammen elementspezifisch jede beliebige Farbe annehmen können, sind glühende Partikel in anderen Farben, wie beispielsweise Grün oder Blau prinzipiell nicht möglich.

Um Funken in anderen Farben erzeugen zu können, müssen Metallpartikel in der Gasphase verbrannt werden. Auf der Basis theoretischer Überlegungen wurden exotischere Metalle ausgewählt, welche die Bedingungen für eine ebensolche Gasphasenverbrennung erfüllen. Mit faseroptischen Sensoren wurde der Funkenflug dieser Elemente zeitaufgelöst untersucht. Dabei konnte eine intensiv grellgrüne Phase im Funkenbild von Erbiumpartikeln aufgezeigt werden. Diese brennenden Partikel wechseln im Flug von Oberflächenverbrennung zu Gasphasenverbrennung, was mit einem Wechsel der Emission von goldener Schwarzkörperstrahlung zu intensiv grüner elementspezifischer Emission verbunden ist. Aufbauend auf dieser Entdeckung wurden drei weitere Metalle gefunden, die farbwechselnde Funken bilden können. Forschende des Fraunhofer HHI steuerten die Grundidee für die Versuche, Planung und Langzeitbelichtungsaufnahmen der Funken bei und wirkten maßgeblich daran mit, den Farbwechsel mithilfe von Messungen mit faseroptischen Systemen aufzuklären.

Die Ergebnisse wurden im „European Journal of Inorganic Chemistry“ (EJIC) und der „Zeitschrift für allgemeine und analytische Chemie“ (ZAAC) publiziert und in beiden Fällen auf der Titelseite hervorgehoben. Das EJIC und die ZAAC sind Peer-Review Fachzeitschriften, die Themen aus den Gebieten der anorganischen Chemie und der physikalisch-anorganischen Chemie behandeln, mit einem Fokus auf pyrotechnische Chemie in der ZAAC. Die ZAAC wird wie das EJIC auch vom Wiley-VCH Verlag herausgegeben.

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