SCHOTT solutions Nr. 2/2012 > Otto-Schott-Forschungspreis 2012

Die Preisträger: Prof. Joachim Deubener (2. von links), TU Clausthal (Deutschland), und Prof. Adrian C. Wright (2. von rechts), Reading University (England), mit Dr. Hans-Joachim Konz (links), Vorstandsmitglied der SCHOTT AG und Vorsitzender des Kuratoriums des Ernst-Abbe Fonds, sowie Kuratoriumsmitglied Prof. Reinhard Conradt (rechts). Foto: SCHOTT/A. Sell

Dem Bauplan der Gläser auf der Spur


Den diesjährigen Otto-Schott-Forschungspreis erhielten Prof. Adrian C. Wright für sein Lebenswerk, die Erforschung der Glasstruktur mit Neutronenstrahlen, und Prof. Joachim Deubener für seine Ergebnisse zur Löslichkeit von Gasen in Gläsern und Glasschmelzen.


Bernhard Gerl

Die wohl wichtigste Erfindung von Otto Schott waren Ende des 19. Jahrhunderts die Borosilikat­gläser. Prof. Adrian C. Wright hat Teile seines wissenschaftlichen Lebens der Erforschung der Struktur dieses für Industrie wie auch Haushalte wichtigen Materials gewidmet und wurde dafür als erster britischer Glaswissenschaftler mit dem Otto-Schott-Forschungspreis ausgezeichnet. Prof. Wright lehrte und forschte bis zu seiner Emeritierung 2007 an der Reading University in England. Für seine wichtigen Forschungsarbeiten hatte er unter anderem 1996 schon den George W. Morey Award der American Ceramic Society erhalten. Außerdem wurde im Jahr 2008 die sechste Borat Conference zu seinen Ehren durchgeführt.

Noch 1932 stellte der amerika­nische Physiker W. H. Zachariasen fest: „Wir müssen ehrlich zugeben, dass wir über die Anordnung der Atome in Gläsern praktisch nichts wissen.” Im gleichen Jahr entdeckte Chadwick das Neutron. Adrian C. Wright in Reading war Anfang der 1970er-Jahre einer der ersten, der Neutronen aus Kernreaktoren und später aus Teilchen­beschleunigern für Strukturunter­suchungen von amorphen Materialien wie Glas verwendete. Er prägte dabei den zur Kristallographie analogen Begriff der Amorphographie. Zur Bestimmung der Struktur von Materie können Röntgenstrahlen, Elektronen oder Neutronen angewandt werden. Die de-Broglie-Wellenlänge energie­armer Neutronen liegt im Bereich der Atomdurchmesser und ermöglicht so Aussagen zur Struktur des Glases auf Basis des Beugungsmusters. Neutronen haben den Vorzug, dass sie hauptsächlich an den Atomkernen gestreut werden und dabei auch unterschiedlich auf Isotope (unterschiedlich schwere Atome des gleichen Elementes) reagieren. Ihre hohe Eindringtiefe erlaubt die Untersuchung großer Probenvolumina. Durch ihre magnetische Wechselwirkung können zudem magne­tische Eigenschaften bestimmt werden. All dies macht Neutronen zu einem geeigneten Werkzeug zur Analyse der Glasstruktur.
Prof. Adrian C. Wright untersuchte die molekulare Struktur von Gläsern. Foto: SCHOTT/A. Sell
Bei Versuchen mit Neutronen benutzt man elastische und inelastische Streuung. Erstere liefert Informatio­nen über die atomare und magnetische Struktur einer Probe, letztere regt selektiv verschiedene Schwingungen an. Eine Fourier-Transformation der gewonnenen Daten liefert eine Korrelationsfunktion, die zum Ausdruck bringt, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, ein Atom in einer bestimmten Entfernung eines anderen Atoms zu finden. Prof. Wright untersuchte im Laufe seines langen wissenschaft­lichen Lebens viele verschiedene Gläser auf ganz unterschiedlichen Größenskalen, etwa Quarz-, Borat- oder metallische Gläser, und gewann teilweise überraschende Ergebnisse: Etwa dass es in amorphen Borat­gläsern einen viel höheren Anteil an äußerst gleichmäßig aufgebauten Einheiten wie etwa die Boroxol-Gruppe gibt, als man allein aus statistischen Gründen erwartet hätte. Die Struktur von Gläsern ist inzwischen relativ gut verstanden. Die Arbeit von Professor Wright hatte an diesen Fortschritten maßgeblichen Anteil.
Eine molekulardynamische Simulation von Natriumborosilikatglas. Quelle: Prof. A. N. Cormack

Herausragender Glas-Forscher und Didaktiker


Professor Joachim Deubener habilitierte nach zwei Jahren als Postdoc an der University of Arizona und nach vier Jahren als Tutor an der Stanford University in Berlin im Jahr 2001 an der TU Berlin. Er ist seit 2002 ordentlicher Professor am Institut für Nichtmetallische Werkstoffe an der TU Clausthal. Bereits im Jahr 2002 wurde er mit dem Professor Vittorio Gottardi Memorial Prize der International Commission on Glass für außerordentliche Leistungen auf dem Gebiet der Glasforschung ausgezeichnet. Den Otto-Schott-Forschungspreis er­hielt er für seine Forschungsarbeiten über Transportprozesse und die Löslichkeit von Gasen in Gläsern und Glasschmelzen. Er untersuchte dabei den Einfluss von gelöstem Wasser auf die Viskosität und die Glasforma­tions­temperatur von Gläsern. Wichtige wissenschaft­liche Impulse lieferte er auch durch seine Untersuchung der Eigenschaften von dünnen Schichten auf Gläsern und der Kristallisationskinetik in Silicatgläsern.

Prof. Joachim Deubener | Foto: SCHOTT/A. Sell

Hier zeigte er, wie weit man die sogenannte reduzierte Glasübergangstemperatur als Maß für die stationäre Keimbildungsrate heranziehen kann. In seinen neuesten Forschungen beschäftigt er sich daneben mit dem Deformations- und Fließverhalten von Gläsern, Relaxationsphänomenen und der Entwicklung von Emailgläsern sowie mit Sol-Gel-Prozessen. In einer aktuellen Arbeit hat er zum Beispiel gezeigt, dass die thermische Stabilität von porösen antireflektierenden Schichten auf Glas durch die Sinterung oberhalb von 1.100 Grad Celsius begrenzt wird und dass der Wasser­gehalt des Schichtmaterials einen entscheidenden Einfluss auf die Verdichtungsrate hat, weil er deren Viskosität senkt.
Prof. Joachim Deubener erforschte auch das Fließverhalten von Gläsern (hier eine Laborglasschmelze). Foto: FRAUNHOFER ISC / K. Dobberke
Professor Deubener ist nicht nur ein herausragender Glas-Forscher, sondern auch ein hervorragender Didaktiker. Seine überaus informa­tiven Masterkurven sind eines seiner Markenzeichen. In ihnen fasst er seine eigenen umfangreichen experimentellen Ergebnisse mit einer im Wesent­lichen vollständigen Zusammenfassung der Daten aus der Fach­literatur der Materialwissenschaften zusammen, so dass etwa die kom­plexen Beziehungen zwischen den Löslichkeiten von Gasen in Glas oder Glasschmelzen oder die effektiven Viskositäten in Mehrphasensystemen – Flüssigkeiten, die feinstverteilte Feststoffe und gasförmige Phasen
enthalten – deutlich werden.

Prof. Wright und Prof. Deubener erhielten den mit 25.000 Euro dotierte Otto-Schott-Forschungspreis im Rahmen der 11. Tagung der European Society of Glass Science and Technology (ESG) im Juni 2012 in Maastricht, Niederlande. Die Auszeichnung wird im jährlichen Wechsel mit dem Carl-Zeiss-Forschungspreis für herausragende wissenschaftliche Leistungen in Grundlagenforschung und Technologieentwicklung in den Bereichen Spezialwerkstoffe, Bauteile und Systeme für die Anwendungsfelder Optik und Elektronik, Solarenergie, Gesundheit und Wohnen verliehen. Beide Forschungspreise verwaltet der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft. <|