Die „Funkenforscher“, wie die Gruppe aus Forschenden des Instituts für Organische Chemie der TU Clausthal und des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts (HHI) in Goslar sich nennt, beschrieben farbwechselnde Funken erstmals 2019. Sie hatten entdeckt, dass beim Verbrennen des Metalls Erbium Funken mit einer intensiv grell-grünen Farbe entstehen. Bis dahin waren verschiedenfarbige Phasen nur bei Flammen bekannt. Der Farbraum von glühenden Partikeln war dagegen auf dunkles Rot, Goldgelb oder grelles Weiß begrenzt. In einer Folgepublikation identifizierten sie weitere Metalle, die farbwechselnde Funken bilden können.
In der dritten Publikation konzentrierten sich die Forschenden nun darauf, die farbige Phase zu verlängern und zu intensivieren. Hierzu griffen sie auf theoretische Arbeiten aus den 1990er Jahren zurück: „Bereits 1999 wurden Legierungen aus Seltenen Erden, wie zum Beispiel Ytterbium, mit anderen Metallen für die Anwendung als ,farbig verbrennende Funken‘ vorhergesagt – nur gemacht hat es noch keiner“, erklärt Prof. Hübner die Motivation hinter der Arbeit.
Um die Theorien zu überprüfen, stellte das Team Legierungen in verschiedenen Kombinationen her. Das Ergebnis: Ein Gemisch aus Ytterbium und Kupfer ergibt lange, grüne Funken. Goldene Funken mit tiefroten Spitzen entstehen durch eine Kombination von Lithium und Silicium. Mischt man Calcium und Silicium bildet sich eine Fontäne mit feinen orangegoldenen Funken.
Neben dem Farbenspiel beobachtete das Team auch, dass sich das „Zerplatzen“ der Funken, wie man es von Wunderkerzen kennt, gezielt einstellen lässt. Verwendet man zum Beispiel eine Neodym-Eisen-Legierung, zerfallen die einzelnen Funken in weitere Partikel, die ebenfalls zerplatzen. Damit ist es möglich, den Zeitraum, in dem ein Funke zerplatzt, auf fast 100 Millisekunden auszudehnen. Besonders gut lässt sich dies in Zeitlupe erkennen: https://www.youtube.com/embed/bI_XKgmsFw8
Ein Nebeneffekt der „Funkenforschung“: Die verwendeten Legierungen sind stabiler als bisher genutzte Reinmetalle und können einfacher gelagert werden. Außerdem sind sie ungiftig und vergleichsweise günstig herzustellen. Somit rückt die Umsetzung der Forschungsergebnisse in pyrotechnischen Produkten in greifbare Nähe.
Die neue Publikation ist bei der American Chemical Society (ACS) erschienen und frei zugänglich: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.2c03081
Zudem hat die ACS die Forschungsergebnisse in einem Video auf Youtube zusammengefasst.
Kontakt:
TU Clausthal
Sofia Dell'Aquila
Telefon: +49 5323 72-3952
E-Mail: sofia.dellaquila@tu-clausthal.de
