Zukunftsperspektive Dünnschichttechnologie
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Zukunftsperspektive Dünnschichttechnologie G. Buerke (Prof. BWL), A. Gerlach (Dipl.-Bw. (FH)), S. Pfeil (Dipl. Bw. (FH)) Fachhochschule Jena Carl-Zeiss-Promenade 2, 07745 Jena B. Grünler, A. Schimanski, W. Seeber, E. Bauroth, T. Först, K. Raschke THÜRINGEN innovativ GmbH Arbeitsgruppe II Material innovativ Thüringen (MiT), Koordinierungsbüro MiT c/o Mainzerhofstraße 10, 99084 Erfurt Datenerhebung 2007 in Thüringen 3350 schriftliche Anfragen => 280 Rückläufer Tätige Akteure Substratmaterialien Einsteiger in 3-5 Jahren Substratmaterialien mehr als 29 Akteure, für die das betreffende Substrat aktuell von Bedeutung ist 16-29 Akteure, für die das betreffende Substrat aktuell von Bedeutung ist bis zu 15 Akteure, für die das betreffende Substrat aktuell von Bedeutung ist 1. Aktive Schichten • • • • • • Anwendung in der Präzisionsoptik Großflächenbeschichtung (Architektur, Folie, Display) Biofunktionale Schichten Druckbare Schichten Tribologische Schichten Schichten für Hochtemperatureinsatz 1. Aktive Schichten • • Photokatalyse Selbstreinigung hydrophoben Schichten: Wasser-Kontaktwinkel > 90o ⇒ Bildung von kugelförmigen Wasser-Tröpfchen hydrophile Schichten: Wasser-Kontaktwinkel < 10o + Belichtung einer photokatalytischen Schicht ⇒ dünne Schicht aus OH-Gruppen mit adsorbierten Wassermolekülen => Abspülen ⇒ + photokatalytische Oxidation von organischen Komponenten Üblich: dotierte Titandioxid TiO2-Schichten Klassische Herstellungsverfahren: thermische CVD- oder Sol-Gel-Prozesse , Substrattemperaturen > 400 °C Fraunhofer 2009: Atmosphärendruck - chemischen Dampfphasenabscheidung (AP-CVD), Substrattemperaturen > 100 °C Firma PolyIC gedruckter Elektronik aus der Rolle-zu-Rolle-Produktion Transistorausbeute: 99% Anwendungen: gedruckten Funkchips (RFID), intelligenten Weinetikett berührungslos bedienbare Kaffeemaschine interaktive Marketingapplikationen Ticket mit interaktivem Display Kilometerlange gedruckte Schaltungen für RFID-Tags 2. Funktionsschichten mit definierter Morphologie Besonders temperaturresistente Oberflächen Heterogene Katalyse Nanostrukturierte Funktionsschichten Tribologische Schutzschichten (Reibung/Verschleiß/ Senkung/Luftwiderstand) • Verknüpfung von Funktionalität in der Beschichtung • Komposit-Schichten • • • • Umform-Werkzeuge für die Herstellung von Getränkedosen beschichtet mit DLC (TiBN). Beschichteter Bohrer (polykristalliner Diamant) [Fraunhofer-IST] Tablettenstempel mit Antihaftschicht (SICON) Heterogene Katalyse Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten ∙ ∙ heterogen: unterschiedliche Phasen Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines Katalysators 2. Funktionsschichten mit definierter Morphologie • • • • Nutzung von strukturellen Elementen zur Eigenschaftsänderung Reibminderung / Verschleißschutz Haftung / Antihaftung Optische Eigenschaften z.B. Mottenaugeneffekt Strukturieren • Strukturübertragung • Schichtabtrag - mechanischer Abtrag - Ätzen - nass-chemisch - trocken Nass-chemisches Ätzen [R. Zengerle] Ätzen Trocken Ätzen Plasma-unterstütztes (physikalisch-chemisches Ätzen) Substrat [R. Zengerle] 2. Funktionsschichten mit definierter Morphologie 3. Schaltbare Schichten • reversible Eigenschaftsänderungen durch äußere Signale 3. Schaltbare Schichten • Funktions-/Nanoschichten für die Sensorik • Schichten mit Formgedächtnis • Schichten mit schaltbaren Farbänderungen/Reflektionseigenschaften • Intelligente Informationsspeicher/ Filter • Wirkstoff-„Release“-Schichten 4. (Anti-)adhäsive Schichten • • • • • • • Adhäsives Verhalten Anti-adhäsives Verhalten Kleben und die Vorbereitung hierfür Kombinationsschichten unterschiedlicher Werkstoffe Verschleißreduzierung von Klebschichten Thermische Belastbarkeit Möglichkeiten der Entschichtung 5. Selbstheilende Schichten Korrosions-/Oxidationsschichten Regenerativer Kratzschutz Langzeitstabilität selbstheilender Schichten Bestimmung Belastungsgrenzen Selbstheilende Schichten für „EinmalProdukt/Anwendungen“ • Nanopartikelschichten • • • • • 5. Selbstheilende Schichten https://www.youtube.com/watch?v=0a3h8IZpoZs 6. Simulation von Oberflächeneigenschaften und Belastungszuständen • Struktur-Eigenschaftsbeziehungen mechanische Parameter (E-Modul, Härte) • Struktur-Eigenschaftsbeziehungen => opto/elektronische Parameter (Absorption, Reflektion, Leitfähigkeit) => chemische Parameter (Korrosionsstabilität) • Kratzfestigkeit • Bauteilfestigkeit (generell) • Oberflächenfunktionalisierung auf Basis neuartiger Ansätze 7. Hybride Schichten • Klassische: Dickschichthybrid-Technik hybrid integrated circuit, HIC • Neu: Kombination von Schichtsystemen mit Additiven z.B.: • Korrosionsschutz • Färben • schmutzabweisend [wikipedia] Hybridpolymere ORMOCER wässrig-alkoholische Sole konventioneller Nasslackverfahren herstellbar niedrige Härtungstemperatur (<200 °C) leicht zu reinigende Oberfläche gute Haftung und gute Abriebbeständigkeit zusätzliche dekorative Effekte wie Farbverläufe und partielles Einfärben [Fraunhofer ISC] Sauerstoff- Adsorber und – Indikator Schichten in der Lebensmittel-Industrie Indikator-Schicht: • Methylenblau (MB) • Schwellwert: 2% O2 • erst nach UV-Bestrahlung aktiv [Fraunhofer ISC]
