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Archiv für November 2011
Charles Townes, Vordenker der Lasertechnik
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Funktionsweise einer seit fünfzig Jahren erfolgreichen Technologie
Der Laser ist bereits fünfzig Jahre alt. Pionier dieser Entwicklung ist der Physiker und Nobelpreisträger Charles Townes, der noch heute an der University of Berkeley als Emeritus tätig ist. Er hat die Grundlage dieser Technologie geschaffen, deren Einsatz heute von der Medizintechnik bis zur Unterhaltungselektronik reicht.
Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
- Interview mit Charles Townes zum Laser-Jubiläum – Link
- Feier zu fünfzig Jahren Laser-Technologie im Karlsruher Institut für Technologie – Link
- 125 Jahre Entdeckung der elektromagnetischen Wellen – Link
Vor 125 Jahren, am 11. November 1886, gelang es Heinrich Hertz erstmals, den experimentellen Nachweis der elektromagnetischen Ausbreitung von Wellen zu erbringen. Mit seinen Messungen konnte er an Hand von Radiowellen erstmals bestätigen, dass sich elektromagnetische Wellen tatsächlich – wie theoroetisch schon postuliert – mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Dies schuf die Grundlage für zahlreiche praktische Anwendungen wie Rundfunk und Handytechnologie. Auch andere Frequenzbereiche wie Infrarot oder das optische Licht folgen dem Prinzip elektromagnetischer Wellenausbreitung. In der Maser- und Lasertechnologie werden diese Wellen auch noch stark gebündelt und damit zu hoher Energiedichte konzentriert. Die theoretische Grundlage dieser Technologie schuf der Physiker Charles Townes 1952.
Zwei Jahre später entwickelte er an der Columbia University ein Funktionsmodell zur Verstärkung und Erzeugung elektromagnetischer Wellen durch stimulierte Emission – der Begriff Maser entstand als Akronym für Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Schon 1958 konnte er gemeinsam mit seinem Schwager Arthur L. Schawlow nachweisen, dass das Prinzip des MASERS auch auf optische und infrarote Wellenlängen anwendbar ist, und formulierte dafür die grundlegende Gleichung. Nur wenige Jahre später gelang der Bau des ersten Lasergerätes.
Der Bericht des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zeigt am Beispiel des Rubinlasers, wie fokussiertes Licht im Laser entsteht, und lässt den Laser-Vordenker Townes über die Geschichte und die Zukunft der Lasertechnologie zu Wort kommen. Der Forscher wurde 2011 bereits 96 Jahre alt und ist immer noch an der kalifornischen Universität Berkeley in Forschung und Lehre aktiv.
Die Lasertechnologie ist heute sowohl im Alltag als auch im Forschungsbetrieb in unterschiedlichen technischen Variationen im Einsatz. Inzwischen gibt es unzählige Arten von Lasern für die verschiedensten Anwendungen, deren Spektrum von der Materialbearbeitung über die Medizintechnik bis zur Unterhaltungselektronik reicht.
© Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 2011
Verschlüsselte Verarbeitung von Daten
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Infomercial der Infineon AG
Nicht nur Behörden und Versicherungen gehören zur Kundschaft für Sicherheitskomponenten in Chipkarten. Gestiegene Sicherheitsanforderungen bei unterschiedlichen Endkunden-Anwendungen spielen auch im Entertainment – beispielsweise beim Pay-TV oder im Spielebereich – oder bei Prepaid-Karten in der Telekommunikation eine zunehmend wichtige Rolle. Verschlüsselung der elektronischen Daten ist dabei eine zentrale Komponente.
Mit Integrity Guard hat Infineon in mehrjähriger Entwicklungsarbeit ein Produkt für Anwendungen vorgestellt, die besonders hohe Sicherheitsanforderungen für sensible Daten stellen: Beispiele sind Kreditkarten und Personalausweise. Konventionell verschlüsselte Daten werden beim Auslesen wieder entschlüsselt und sind dabei für Hackerangriffe ungeschützt – ein Sicherheitsrisiko, das Infineon nun schließt. Integrity Guard erlaubt es, Daten nun auch verschlüsselt zu verarbeiten. Der Hersteller bezeichnet sich selbst als „weltweit führender Chiphersteller für Kreditkarten, Zugangskarten und Trusted Computing-Lösungen“, das schließt zuerst einmal Sicherheitskomponenten für Reisepässe, Ausweise und kontaktlose Bezahlkarten ein.
© Infineon AG 2011
Lithium-Ionen-Batterien der zweiten Generation
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Weltweite Forschungen für neue Kathodenmaterialien
Forschungen an Batterien und Akkus haben in den letzten zehn Jahren erheblich an Dynamik gewonnen. Die weltweite Suche nach neuen chemischen Materialien für die Lithium-Ionen-Technologie der nächsten Generation ist angelaufen. Getrieben sind diese Aktivitäten auch durch die rasant wachsende Elektromobilität, die einen Milliardenmarkt im Automobilsektor verspricht. Es geht um leistungsstarke, kompakte Batterien mit wesentlich höherer Lebensdauer als heute. Auch Deutschland will sich in diesem Feld positionieren.
Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
- Bundesforschungsministerium zur Strategie Elektromobilität – Link
- Batterie-Forschungen am Institut für Nanotechnologie des Karlsruher Instituts für Technologie – Link
- Entwicklungen innovativer Kathodenmaterialien in der BASF – Link
- Innovationsallianz “Lithium Ionen Technologie LIB2015″ – Link
Mehr zum Inhalt des Videos:
Lithium-Ionen-Batterien werden bereits milliardenfach produziert. Für Laptops sind sie weltweit standardisiert und kosten heute nur noch 150 bis 200 US-Dollar pro Kilowattstunde. Der Markt ist mit neunzig Prozent Anteil derzeit fest in asiatischen Händen. Für den Einsatz in Elektrofahrzeugen bedarf es aber wesentlich leistungsfähigerer Typen. Ein weltweites Rennen um die Marktführerschaft dieser nächsten Batterie-Generation ist angelaufen. Das erklärte Ziel: In den kommenden sieben Jahren sollen die Batteriekosten pro Kilowattstunde von heute 600 bis 1000 € auf 250 € gesenkt werden.
Die große Unbekannte bei den Lithium-Ionen-Batterien ist derzeit ihre Haltbarkeit. Ihr Einsatz im Fahrzeug erfordert einen längeren Lebenszyklus als bisher. Sie müssen kalte Winternächte wie heiße Sommertage verkraften und selbst bei flotter Vollgasfahrweise einwandfrei funktionieren. Offen auch, wie sich häufiges Tiefentladen nicht leer gefahrener Batterien vor jedem Stromtanken im Dauereinsatz auswirkt. Die Forschungen konzentrieren sich heute vor allem auf die Kathode, weil hier der größte Handlungsbedarf besteht. Rohstoffe machen heute rund 70 Prozent der gesamten Kosten einer Zelle aus. Ein Drittel davon entfällt allein auf die Kathode. Einsparung bei den Materialkosten, das ist die eine Seite der Forschungsanstrengungen. Aber auch Reduzierung des Materialgewichts ist angesagt. Für eine Kilowattstunde an Leistung braucht man heute rund zwei Kilogramm des Kathodenmaterials. Da lässt sich noch so manches Gramm wegrationalisieren.
Wissenschaftler experimentieren bereits mit Materialien für die weitere Zukunft, wobei Nanotechnologie eine große Rolle spielt. Perspektiven für die Entwicklung von Batterien der übernächsten Generation zeichnen sich bereits ab – sowohl hinsichtlich der Leistung pro Gewicht als auch hinsichtlich der Leistung pro Volumen. Lithium-Schwefel und Lithium-Luft gelten dabei als große Zukunftsvision.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Smart forvision: Solarzellen fürs Autodach
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Infomercial der BASF SE
Das von Daimler und BASF gemeinsam entwickelte Konzeptfahrzeug zeigt interessante Innovationen rund um die Themen Energieeffizienz, Leichtbau und Temperaturmanagement. Darunter sind auch die ersten Solarzellen für den Einsatz im Auto. Selbst bei schwachen Lichtverhältnissen erzeugen sie genug Energie für die Multimediakomponenten und die Lüftung des Fahrzeugs.
Die organischen Farbstoff-Solarzellen sind in das Dach des smart forvision integriert. Sie wandeln Sonnenlicht in Energie um und tragen somit zur Energieeffizienz im Wagen bei. Auch in puncto Design setzen die organischen Farbstoff-Solarzellen Akzente im smart forvision. Die hexagonale Form macht sie zu einem besonderen Hingucker. Hinsichtlich ihrer Farbwahl sind übrigens keine Grenzen gesetzt. Das Minivideo zeigt, was das Dach des smart forvision in sich hat.
© BASF SE 2011
