Fluoreszierende Markierungen für High-Tech-Gläser

Wie kann man ein Glasobjekt so kennzeichnen, dass es sich innerhalb einer größeren Charge oder für die Produktrückverfolgung eindeutig zuordnen lässt? Bei der Beantwortung dieser Frage haben die boraident GmbH und das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) auf Laser-basierte, fluoreszierende Markierungen gesetzt und in einem gemeinsamen Projekt einen entsprechenden Prozess entwickelt.

Rote Kacheln
© Fraunhofer IMWS

Rote Emission eines mit 0,1-molarer Eu(NO3)3 -Lösung beladenen makroporösen Glases nach thermischer Kollabierung und unter Anregung mit 250 nm.

Drei Bilder Aufnahmen
© Fraunhofer IMWS

STEM-Aufnahme und STEM-Elementverteilungsaufnahme der Elemente Silizium und Europium.

Lasermarkierungen sind einer der Schwerpunkte im Angebot der boraident GmbH in Halle (Saale), die Produkte für kundenspezifische Anwendungen auf Glas und anderen transparenten Medien entwickelt. Diese Markierungen spielen bereits im Herstellungsprozess eine zentrale Rolle: Mittels verschiedener Identifikationsmerkmale lässt sich stets erkennen, welches Glas sich an welcher Position oder in welchem Produktionsschritt befindet. Drucken ist dabei zur Kennzeichnung in der Regel ungeeignet, weil Glas sehr glatt ist und die Tinte nicht aufsaugt.

Gemeinsam mit dem Fraunhofer IMWS wurde nun innerhalb des drei Jahre laufenden Projekts eine neue Technologie zur Kennzeichnung von Glasoberflächen entwickelt. Das Projektkonsortium setzte dabei auf die Erzeugung von Fluoreszenzmarkierungen auf Glasoberflächen, die bei Tageslicht im sichtbaren Spektralbereich weitgehend unsichtbar und dauerhaft sind, während sie unter UV-Anregung im sichtbaren Spektralbereich fluoreszieren, um ihre (maschinelle) Lesbarkeit zu ermöglichen. Solche Markierungen, die mit einem Laserprozess auf dem oder im Glas eingebracht werden können, bieten den zusätzlichen Vorteile, dass das Glas durch die Markierung nicht beschädigt wird, was bei anderen Verfahren wie beispielsweise Bedrucken des Glases passieren kann.

»Beide Seiten haben von der Zusammenarbeit sehr profitiert. Unser Industriepartner boraident konnte sein Prozess-Know-how zur Laserbeschriftung von Glasoberflächen erweitern, wir haben unsere materialwissenschaftliche Innovationskraft, einschließlich der Entwicklung fluoreszierender Materialien sowie die Mikrostrukturdiagnostik zur beschleunigten Material- und Prozessentwicklung eingebracht«, erklärt Prof. Thomas Höche, Leiter des Geschäftsfelds »Optische Materialien und Technologien« am Fraunhofer IMWS, den Ansatz. Als vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten nennt er etwa die Produktsicherheit und den Fälschungsschutz, die gerade bei High-Tech-Gläsern immer wichtiger werden, wie sie in der Medizin, der Chemieindustrie oder der Telekommunikation eingesetzt werden. »Mit dem von uns entwickelten Verfahren kann man einem Glas beispielsweise die Information mitgeben, von welchem Hersteller es stammt – und zwar über den gesamten Lebenszyklus des Glases und so individuell, dass die Markierung schwer zu kopieren ist«, sagt Dr. Araceli de Pablos-Martin, die am Fraunhofer IMWS die Tätigkeiten koordiniert hat.

Im Projektverlauf wurden diverse Ansätze verfolgt, beginnend von fluoreszierenden Nanopulvern über Fluoreszenzpartikel- respektive wässrige Seltenerdlösungen-beladene makroporöse Gläser, die thermisch kollabiert werden, bis hin zu Salzlösungen, die mittels Laserbestrahlung in die Glasoberfläche hinein implantiert werden. Ergebnis des Projekts ist eine praktisch umsetzbare und widerstandfähige Lösung der angegangenen Fragestellung.