„Auf Basis der ersten Erkenntnisse konnten drei weitere farbwechselnde Funkenarten identifiziert werden“, sagt apl. Professor Eike Hübner. Vor mehr als einem Jahr war es dem Forscher der TU Clausthal gelungen, in Kooperation mit der Abteilung Faseroptische Sensorsysteme des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts (HHI) in Goslar zunächst beim Metall Erbium erstmalig farbwechselnde Funken zu beobachten. Zuvor waren farbige Phasen nur bei Flammen bekannt, nicht aber in glühenden Partikeln.
Im Alltag können Funken bei Holzfeuern, der Metallbearbeitung oder aber bei Wunderkerzen beobachtet werden. Diese erhitzte, feste oder flüssige Materie 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: Yttrium (Farbwechsel von Weißgold zu Rot), Lutetium (von Weißgold zu Grellweiß) und Thulium (von Dunkelgold zu Grün).
Diese Funken erlauben es, neuartige pyrotechnische Effekte zu gestalten. So wandelt sich ein „Traumstern“, eine Fontäne für den Innenbereich, die auf Hochzeiten und anderen Festen verbreitet ist, zu einer Quelle von grünen Blitzen beim Einsatz von Ytterbium, zu einer Fontäne mit lautstark zerplatzenden gold/grünen Funken beim Einsatz von Thulium und zu einem geräuschlosen langziehenden weißgold/grünen Funkenschauer mit Erbium (Video).
Die Ergebnisse wurden im vergangenen Jahr im „European Journal of Inorganic Chemistry“ (EJIC) sowie in 2020 in 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 pyrotechnischer Chemie in der ZAAC. Ein zusammenfassender Artikel erscheint im Juli dieses Jahres in der Ausgabe 7/8 2020 der „Nachrichten aus der Chemie“. Alle wissenschaftlichen Zeitschriften werden vom renommierten Wiley-VCH Verlag herausgegeben. Bei der diesjährigen Veröffentlichung zählten neben Hübner, Felix Lederle, Jannis Koch und Wolfgang Schade zu den Autoren.
Weitere Informationen: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/zaac.201900300
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