Kalt-Plasmaspritzen in der Anwendung

Am Anwendungszentrum für Plasma und Photonik des Fraunhofer IST wurde daher ein Verfahren entwickelt, mit dem herkömmliche Türgriffe aus Kunststoff oder Metall mit einer antibakteriellen Kupferschicht versehen werden können: das sogenannte Kalt-Plasmaspritzen.

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Gasfluss-gesputterte Siliziumschichten

Da reines Silizium seit Jahrzehnten das Basiselement der Mikroelektronik ist, werden neuartige Silizium-Abscheideprozesse entwickelt und untersucht. Einer dieser Prozesse nutzt das am Fraunhofer IST entwickelte Hohlkathoden-Gasfluss-Sputtern (GFS).

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Neue Materialien für schaltbare Verglasungen

Die Nachfrage nach schaltbaren Verglasungen steigt aus Gründen des Komforts und wachsender Energiekosten stetig. Die dafür benötigten elektrochromen Schichten werden am Fraunhofer IST entwickelt.

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Reaktiv gesputtertes ZnO:Al vom Doppelrohrmagnetron

Für die Produktion von Dünnschichtsolarzellen werden transparente, leitfähige Schichten (TCOs) als Frontkontakte benötigt. Das Fraunhofer IST verfügt über einen reaktiven Sputter­prozess von metallischen Targets, der das Potenzial besitzt, den herkömmlichen DC-Sputterprozess von keramischen Targets abzulösen.

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Pd-Gastrennmembranen für die Wasserstoffseparation

Die Nachfrage nach sauberer und grüner Energie hat den Verbrauch von Wasserstoff in den letzten Jahren kontinuierlich steigen lassen. Das Fraunhofer IST arbeitet daher gemeinsam mit Kooperationspartner an einem Lösungsansatz, kleine und mittlere Wasser­stoff­mengen wirtschaftlich zu produzieren.

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Widerstandsmessung für Batteriefolien

Für die zuverlässige Bestimmung elektrischer Eigenschaften von gefertigten Batteriefolien und -elektroden wird am Anwendungszentrum für Plasma und Photonik des Fraunhofer IST ein neues Messsystem entwickelt.

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Kalt-Plasmaspritzen in der Anwendung

Neben dem direkten Körperkontakt kann auch der indirekte Kontakt vieler Menschen über Türgriffe zur Übertragung von Krankheiten führen. Gerade in Krankenhäusern und vor dem Hintergrund der Gefahren durch multiresistente Keime (MRSA) ist die Vermeidung solcher Infektionsquellen ein wichtiges Thema. Eine Lösung sind Türklinken aus Kupfer mit antibakterieller Wirksamkeit. Der Nachteil: Diese Klinken sind teuer und werden häufig entwendet. Am Anwendungszentrum für Plasma und Photonik des Fraunhofer IST wurde daher ein Verfahren entwickelt, mit dem herkömmliche Türgriffe aus Kunststoff oder Metall mit einer antibakteriellen Kupferschicht versehen werden können: das sogenannte Kalt-Plasmaspritzen. Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine etwa 100 μm dicke Kupferschicht abzuscheiden – die Mindestschichtdicke, um eine dauerhafte antibakterielle Wirkung im täglichen Einsatz zu gewährleisten.

Die Technologie

Mit dem Kalt-Plasmaspritzen ist es möglich, Schichten auf Basis unterschiedlichster Metalle, Metalllegierungen und Thermoplasten effizient herzustellen. Bei der Technologie handelt es sich um eine Weiterentwicklung des thermischen Plasma­spritzens, bei dem Partikel mit Hilfe von Plasma an- oder aufgeschmolzen und auf ein Substrat gesprüht werden. Das Besondere beim Plasmaspritzen ist der Einsatz von vergleichsweise kleinen Partikeln – die hier eingesetzten Mikropartikel sind meist nicht größer als 20 μm oder sie besitzen ein hohes Aspektverhältnis von Dicke zu Breite, was das Aufschmelzen begünstigt. Daher kann der gesamte Schmelzprozess bei vergleichsweise geringen Temperaturen ablaufen, wodurch auch eine Beschichtung von hitzeempfindlichen Materialien wie Kunststoffen, Dünnglas, Papier oder Textilien möglich wird.

Die Vorteile

Gegenüber herkömmlichen Beschichtungsverfahren wie z. B. der Galvanotechnik weist das Kalt-Plasmaspritzen eine Reihe von Vorteilen auf. So wird zum Beispiel bei dem Beschichtungsverfahren auf nasschemische Prozesse und umweltbedenkliche Binde- oder Lösemittel verzichtet. Die möglichen Schichtmaterialen erstrecken sich über etliche Metalle von Kupfer, Aluminium, Zinn über Titan bis hin zu hochschmelzenden Stoffen wie Wolfram, um nur einige zu nennen. Des Weiteren können auch Kunststoffschichten erzeugt werden, bei denen Thermoplasten wie z. B. Teflon oder Polyethylen als Ausgangsmaterial dienen. Die eigentliche Stärke des Verfahrens liegt aber in der breiten Palette der möglichen Substratarten: von sehr glatten Oberflächen wie Glas über thermisch empfindliche Stoffe wie Papier, Holz oder Textilgewebe bis hin zu komplexen, dreidimensionalen Werkstoffen aus Kunststoff oder Metall.

Anwendungsbeispiele

Aufgrund der Vielseitigkeit des Verfahrens sind auch dessen Einsatzzwecke zahlreich. Neben antibakteriell-beschichteten Türgriffen sind weitere typische Anwendungen vor allem im Bereich der Elektrotechnik zu finden. So können beispielsweise dünne Leiterbahnen aus Kupfer auf Kunststoffen abgeschieden werden, die nach einer anschließenden Strukturierung durch Laser als Smartphone-Antennen dienen. Geht man noch einen Schritt weiter, sind sogar flexible Leiterbahnen auf Textilgewebe möglich, die sich nahtlos an die Textilfasern anfügen, ohne auch nur eine Faser zu schädigen.

Weitere Anwendungsbeispiele sind:

  • Leiterbahnen (MID)
  • Anti-Statik-Beschichtungen
  • Beschichtungen zum Abschirmen von elektro-magnetischer Störstrahlung
  • Wärmeleitfähige Schichten
  • Reibwertsreduktion
  • Antimikrobielle Funktionsschichten
  • Schichten zur Haftvermittlung
  • Anti-adhäsive Schichten
  • Barriereschichten
  • Optische Schichten

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