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Das Ur-Kilogramm, auf das alle Waagen kalibriert sind, verliert an Gewicht. Internationale Bemühungen streben an, die Basiseinheit der Masse neu zu definieren und künftig auf Naturkonstanten zu beziehen. Hierfür wird im sogenannten Avogadro-Experiment bestimmt, wie viele Atome in nahezu perfekten Siliziumkugeln enthalten sind. Fraunhofer-Forschern ist die homogene Beschichtung der Kugeloberfläche gelungen – unter anderem lässt sich dadurch die Messunsicherheit auf einen Bereich unter zehn Mikrogramm begrenzen.

Maschinenbau, Werkzeuge und Fahrzeugtechnik sind Beispiele für klassische Anwendungsfelder der Technologien des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig. Als Querschnittstechnologie besitzt die Plasmatechnik aber auch ein großes Innovationspotenzial für den Bereich Life Science, der künftig als strategischer Forschungsschwerpunkt weiter ausgebaut werden soll. Ein wichtiger Schritt auf diesem Weg ist die Einstellung des Mediziners Dr. Henk Garritsen, Chefarzt des Instituts für Klinische Transfusionsmedizin am Städtischen Klinikum Braunschweig.

Mikro- und Nanopartikel sind aufgrund ihrer großen spezifischen Oberfläche die Basis vieler innovativer Anwendungen und Technologien, so auch für das sogenannte Kalt-Plasmaspritzen. Das Besondere an dem am Fraunhofer IST entwickelten neuartigen Verfahren ist, dass damit ein breites Spektrum unterschiedlicher Materialien behandelt und gleichzeitig vielfältige Schichtfunktionen realisiert werden können.

Im Bereich der Medizintechnik sind die Anforderungen an verwendete Materialien hoch. Bei vielen Produkten werden kostengünstige Kunststoffe eingesetzt. Oft müssen sie nicht nur biokompatibel sein, sondern auch noch definierte Oberflächeneigenschaften haben oder für die nachfolgende Ankopplung von Biomolekülen funktionalisiert werden. Atmosphärendruck-Plasmaverfahren, wie sie am Fraunhofer IST eingesetzt und entwickelt werden, bieten vielseitige Möglichkeiten, Oberflächen in ihren physikalischen oder chemischen Eigenschaften so zu verändern, dass sie für biomedizinische Anwendungen verwendet werden können.

Im Zentrum von Sternen findet man Plasmen häufig – auf der Erde kommen die elektrisch geladenen Gasgemische nur selten vor, zum Beispiel in Blitzentladungen oder Polarlichtern. Man kann jedoch mit großer Hitze oder hohen elektrischen Spannungen nachhelfen. Fraunhofer-Forscher haben kalte Plasmen erzeugt und sie für die Oberflächenbehandlung temperaturempfindlicher Materialien genutzt. Dank einer neuartigen Technik waren dabei Vertiefungen oder Hinterschneidungen kein Problem mehr – der Disc-Jet kommt überall hin.

Im Bereich regenerativer Medizin spielen 3D-gedruckte biokompatible Stützstrukturen, sogenannte Scaffolds, eine wichtige Rolle. Sie dienen als Basis beispielsweise für die Herstellung von biologischem Gewebe, das die Wundheilung unterstützen oder das Risiko postoperativer Infektionen minimieren soll. Gemeinsam mit sieben weiteren Projektpartnern arbeitet das Fraunhofer IST derzeit an einer Weiterentwicklung des 3D-Drucks, die eine zeit- und kosteneffizientere Herstellung und gleichzeitige Funktionalisierung der Scaffolds mittels Atmosphärendruck-Plasmaverfahren ermöglicht.

Präzise und zuverlässige Wettervorhersagen können Leben retten und dabei helfen, die weltweiten Auswirkungen von Wetterkatastrophen zu mildern. Daher wird Europas zweite Wettersatelliten-Generation MetOp-SG mit verschiedenen innovativen Hochleistungs-Forschungsinstrumenten ausgestattet. So soll beispielweise künftig ein verbessertes hochsensibles Radiometer zur Vermessung der Mikrowellen-Erdstrahlung eingesetzt werden, um Lufttemperaturen und Wasserdampfkonzentrationen in unterschiedlichen Höhen zu ermitteln. An dieser Entwicklung ist neben der Airbus DS und der Invent GmbH auch das Fraunhofer IST beteiligt.

Im Zeitalter von Industrie 4.0 werden immer größere Anforderungen an die Produktion der Zukunft gestellt: Prozesse sollen flexibel, intelligent vernetzt und nachhaltig sein, die Produktionsanlagen müssen sicher, intuitiv und gleichzeitig ressourceneffizient arbeiten. Gerade vor diesem Hintergrund wird in den letzten Jahren häufig auch eine Weiterentwicklung der für die Messdaten verantwortlichen Sensorik gefordert. Diese soll die Messdaten dort generieren, wo Messsysteme nur schwer zu integrieren sind, z. B. in direktem Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug.

In vielen Bereichen der Fertigung wie z. B. im Maschinenbau oder in der Werkzeug­branche werden die Anforderungen immer größer: Alles muss möglichst schnell und vor allem präzise durchgeführt werden. Oft werden dabei auch sogenannte Mikro­schleifstifte eingesetzt, mit denen extrem feine Strukturen erzeugt oder punktgenau winzige Löcher gebohrt werden können. Herkömmliche Mikroschleifstifte sind jedoch meist auf Durchmesser oberhalb von 0,2 Millimeter und Körnungen größer als 20 µm beschränkt. Dies reicht aber oft nicht aus. Am Fraunhofer IST wurden daher innovative CVD-Diamant-Schleifstifte entwickelt, die Durchmesser von 0,05 Millimeter aufweisen.

Viele Bauteile aus dem Automobilbereich und dem Maschinenbau sowie Werkzeuge sind vielfältigen Belastungen wie z. B. Reibung und Verschleiß ausgesetzt. Durch DLC-Beschichtungen (Diamond-like-Carbon) können die Lebensdauer und die Belastbarkeit dieser Teile gesteigert sowie die Reibungsverluste minimiert werden. So kann beispielsweise durch die Beschichtung verschiedener Motorbauteile wie Kurbelwellen oder Tassenstößel der Spritverbrauch deutlich gesenkt werden.