150 Jahre Periodensystem: Titan – von der Wandfarbe bis zum Laser

Das Periodensystem feiert Geburtstag: Es wird dieses Jahr 150 Jahre alt, und deshalb stellen unsere Professoren einige der Elemente in lockerer Reihenfolge vor. In Ausgabe sechs geht es um Titan, das Element mit der Ordnungszahl 22. Darüber sprechen wir mit Prof. Dr. Thomas Jüstel, Fachbereich Chemieingenieurwesen, und Prof. Dr. Ulrich Wittrock, Fachbereich Physikingenieurwesen.

Herr Prof. Jüstel, Herr Prof. Wittrock, Titan dürfte manch einem aus der griechischen Mythologie bekannt sein. Welche Rolle spielt es in unserem Alltag?

Prof. Jüstel: Die Bedeutung des Metalls wird wohl oft unterschätzt. Eine Hauptanwendung betrifft uns alle: Aus Titandioxid produziert man Weißpigmente, und die wiederum kommen unter anderem in der Wandfarbe zum Einsatz. Denn Titandioxid ist äußerst stabil, ungiftig und hat eine sehr hohe Brechzahl. Je höher die Brechzahl eines Pigments ist, desto besser ist die optische Deckkraft. Außerdem ist Titandioxid mit der Kennziffer E 171 als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen. Man findet es in Zahnpasta, Kaugummis aber auch in einigen „naturtrüben“ Obstsäften. Zudem verwendet man Nanopartikel des Pigments in Kosmetika und als UV-Schutzpigment in Sonnenschutzmitteln.

 

Titan kann aber sicherlich noch mehr, oder?

Prof. Jüstel: Stimmt! Titan ist ein sehr wichtiges Konstruktionsmetall, vor allem für den Leichtbau. Es hat eine sehr hohe Reißlänge und eine extreme Festigkeit, fast wie Karbonfasern. Es gibt zum Beispiel Flugzeugbauteile aus Titan. Seine Stabilität macht es aber auch für die Medizintechnik interessant. Denn Titan und Titandioxid sind sehr stabil, haben also ein gutes Korrosionsverhalten, weshalb das Immunsystem das Metall meist gut verträgt. Deshalb sind zum Beispiel Schrauben, die bei Operationen verwendet werden, oder künstliche Hüftgelenke aus Titan.

 

Kommen wir mal zur Physik und zur Lasertechnik, Prof. Wittrock. Aktuell läuft am Fachbereich ein Projekt, bei dem Titan ein Thema ist.

Prof. Wittrock: Genau, es geht um einen Titan-Saphir-Laser. Seine Besonderheit ist, dass er alle Wellenlängen von 700 bis circa 1.100 Nanometer produzieren kann. Er reicht also vom sichtbaren Rot bis ins nicht sichtbare Infrarot. Solche Laser nutzt man für die Messtechnik. Zum Schneiden oder Schweißen von Metall sind sie nicht geeignet.

 

Wie funktioniert das Messen?

Prof. Wittrock: Der Laser erzeugt unvorstellbar kurze Lichtimpulse. In Zahlen ausgedrückt sind es nur wenige Millionstel einer Milliardstel Sekunde. Mit den ultrakurzen Laserpulsen kann man beispielsweise messen, wie genau chemische Reaktionen ablaufen. Wenn man so will, ist ein Titan-Saphir-Laser ein sehr präziser Geschwindigkeitsmesser für extrem kurze Zeiten. Der Titan-Saphir Laser, den wir entwickeln, soll Pulse über 100 Milliarden Mal pro Sekunde liefern, und damit häufiger als alle bisherigen Laser.

 

Wie weit fortgeschritten ist Ihr Projekt?

Prof. Wittrock: Wir sind noch relativ weit am Anfang und gerade erst dabei, alle Komponenten zu bestellen. Insgesamt brauchen wir drei bis vier Jahre, falls es denn klappt.

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