Oberflächenmodifikation und -funktionalisierung

Der Einsatz von Atmosphärendruck-Plasmaverfahren für die Reinigung von Oberflächen sowie die Aktivierung von Polymerfolien, Holz und Holzwerkstoffen zur Verbesserung der Benetzbarkeit ist in der Industrie bereits weit verbreitet. Die am Fraunhofer IST vorhandenen und stetig weiter entwickelten Technologien ermöglichen durch eine geeignete Prozessführung die gezielte Einführung funktioneller Gruppen. Dadurch kann die Haftung von Lacken oder Klebstoffen deutlich verbessert werden, da die Oberflächen direkt auf das reaktive Schichtsystem angepasst werden können. Auf Stahl kann eine solche Haftschicht den klassischen Oberflächenmodifikationen überlegen sein.

Durch Beschichtungsprozesse bei Atmosphärendruck können Oberflächenspannungen gezielt eingestellt werden. Auf diese Weise lassen sich hydrophile, hydrophobe und sogar super­hydrophobe Oberflächen realisieren. Atmosphärendruck-Plasmaverfahren ermöglichen auch die Herstellung von Barriereschichten auf flexiblen Substraten, etwa zur Vermeidung der Migration von Weichmachern aus PVC: Mit einer nur 300 nm dicken Schicht kann die Migration um 90 Prozent reduziert werden.

Mit Atmosphärendruck-Plasmaverfahren können neben Kunststofffolien und Glassubstraten können auch Siliziumwafer, Textilien, poröse Substrate und Objekte mit 3D-Geometrien beschichtet werden.

Modifikation von Holz und Holzwerkstoffen

© Foto Fraunhofer IST

Plasmabehandlung von Massivholz.

Als Naturwerkstoff ist Holz verschiedenen natürlichen Diffusions- und Alterungsprozessen ausgesetzt, die spätere Veredelungs- und Bearbeitungsschritte und damit Anwendungsmöglichkeiten beschränken. Hier setzen Atmosphärendruck-Plasmabehandlungen an und ermöglichen langzeitstabile, fehlerfreie, sichere sowie effiziente Beschichtungs- und Behandlungsprozesse

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Biofunktionale Schichten

© Foto Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Atmosphärendruck-Plasmabehandlung am Fraunhofer IST: Verbessertes Wachstum der Stamm­zellen auf den Oberflächen plasmabeschichteter Beutel.

Bei der Kultivierung von Zellen, der Reinigung von Proteinen, der Entwicklung von Medikamenten und Biosensoren, bei medizinischen Produkten wie Stents oder Schläuchen – in vielen Bereichen der Biologie und der Medizin werden besondere Anforderungen an die Oberflächen der verwendeten Materialien gestellt. Oft werden die eingesetzten Produkte aus kostengünstigen Kunststoffen gefertigt. Damit deren Oberfläche den hohen Anforderungen genügt und die gewünschten physikalischen oder chemischen Eigenschaften aufweist, werden sie in vielen Fällen beschichtet oder modifiziert und mit chemischen Gruppen für nachfolgende Kopplungsreaktionen ausgestattet.

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Bondprozesse

© Foto Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Beschichtung eines Wafers mit einem Polyelektrolyten im Spin-Dryer.

Gerade bei neuen Materialkombinationen ist es wichtig, dass die einzelnen Werkstoffe gut aneinander haften. Eine klebstofffreie Verbindungstechnik ist das Niedrigtemperatur-Bonden. Dabei werden die Oberflächen der einzelnen Werkstoffe so modifiziert, dass sie chemisch funktionelle Gruppen aufweisen, die miteinander reagieren und so feste Bindungen ausbilden können.

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