Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hightech-Oberflächen: Selbst Hautfunktionen können kopiert werden

22.07.2003


Superglatt oder auch funktional: Bei der Gestaltung von Oberflächen entwickeln Leibniz-Wissenschaftler immer ausgefeiltere Präzisionsverfahren.



Leipzig/Dresden. Neuartige Technologien machen es möglich: Oberflächen können inzwischen auf atomarer Ebene geglättet oder mit hauchdünnen Schichten versehen werden, die dem Ausgangsmaterial neue Eigenschaften verleihen. Dafür begeben sich Wissenschaftler auf die Ebene der Atome und Moleküle, wo in Nanometern gemessen wird. Die superglatten oder mit winzigsten Teilchen beschichteten Materialien sind in der Industrie heiß begehrt. In zwei Instituten der Leibniz-Gemeinschaft werden die aufwändigen Verfahren für die Oberflächenbearbeitung ständig verfeinert.

... mehr zu:
»Hautfunktion »IOM »IPF »Nanometer »Schicht


Glatter als glatt? - Ultrapräzisionsbearbeitung

Glatte Oberflächen sind gefragter denn je: Von der Mikroelektronik über die High-Tech-Optik und die Telekommunikation bis hin zur hochpräzisen Metallbearbeitung - Bernd Rauschenbach, Direktor des Leibniz-Instituts für Oberflächenmodifizierung (IOM) in Leipzig, berichtet: "Der Bedarf an nahezu perfekten Oberflächen ist in den letzten Jahren rasant gestiegen." Am IOM entwickeln Wissenschaftler daher unter anderem Ultrapräzisionsmethoden mit dem Ziel, eine mittlere "Rauhigkeit" im Subnanometer-Bereich auf Flächen von mehr als zehn Zentimetern (cm) Durchmesser zu erzielen. "Ich spreche von Rauhigkeiten im atomaren Bereich. Die Unebenheiten, die wir glätten und polieren, sind also kleiner als ein Nanometer", erklärt Rauschenbach. Zur Veranschaulichung: Ein Meter verhält sich zu einem Nanometer (nm) ungefähr so wie der Durchmesser der Erde zu dem einer Haselnuss.

Bei solchen Präzisionsansprüchen stoßen die Möglichkeiten der konventionellen Verfahren wie mechanisches und chemisches Polieren an ihre natürliche Grenze. Am IOM wurde eine Technologie entwickelt, die ein Glätten und Formen von Oberflächen bis in den atomaren Bereich hinein erlaubt: Bei der Ionenstrahl-Ultrapräzisionsbearbeitung werden Oberflächen mit energiegeladenen Ionen "beschossen" - und zwar so präzise, dass alle atomaren Unebenheiten beseitigt werden. Voraussetzung für die Realisierung der neuen Technologie ist die Entwicklung von Ionenquellen unterschiedlicher physikalischer Wirkprinzipien. Diese liefert die aus dem IOM heraus gegründete Firma "Innovative Oberflächentechnologie GmbH Leipzig" (IOT GmbH). Die Anlagen zur Ionenstrahl-Ultrapräzisionsbearbeitung wiederum werden von der Nanotechnologie GmbH Leipzig (NTGL) hergestellt und vertrieben. Die Grundlagenforschung des Instituts wurde also schon mit Erfolg in die Anwendung und Vermarktung übergeführt.

Neue synthetische Schichten - flexibel und wandlungsfähig wie die menschliche Haut

Am Dresdner Institut für Polymerforschung (IPF) gestaltet sich Oberflächengestaltung ganz anders. Dort beschäftigen sich Wissenschaftler damit, die obersten Schichten unterschiedlicher Materialien mit speziellen Funktionen zu versehen. Geforscht wird nach neuen Methoden der "Oberflächenfunktionalisierung". Dabei lassen sich die Wissenschaftler häufig von der Natur inspirieren. So zum Beispiel von der menschlichen Haut: Sie dient als Vorbild für die Entwicklung funktionaler Schichten. "Jeder weiß, wie widerstandsfähig und empfindlich, hart und spröde, glatt oder faltig, fettig oder trocken die menschliche Haut sein kann", erklärt IPF-Mitarbeiter Sergej Minko. "Sie reagiert sehr empfindlich auf Temperaturen, Feuchtigkeit oder unterschiedliche pH-Werte und sie kann in sehr unterschiedlicher Weise Wasser und Fett aufnehmen." Die Haut erfüllt damit wichtige Funktionen: So schützt sie den Körper unter anderem vor Austrocknung, Überhitzung und dem Eindringen unerwünschter Keime.

Eine von vielen Herausforderungen für die Oberflächenforscher ist es, eine synthetische Oberfläche zu schaffen, die über die nützlichen Eigenschaften der Haut verfügt. "Einen funktionsfähigen Ersatz für die Haut zu entwickeln, ist allerdings äußerst schwierig," gibt Sergej Minko zu bedenken. Möglich ist es hingegen, bestimmte Hautfunktionen gezielt zu kopieren und für neue Hightech-Materialien nutzbar zu machen. So zum Beispiel beim Forschungsthema "Schaltbare gemischte Polymerbürsten". Manfred Stamm, Leiter dieses Forschungsbereichs am IPF, erklärt: "Wir entwickeln schaltbare gemischte Polymerbürsten bestehend aus verschiedenen Polymeren, also Kunststoffschichten, die auf eine Oberfläche aufgepfropft sind. Diese Bürsten reagieren auf bestimmte Lösungsmittel wie Wasser, verschiedene pH-Werte oder Temperaturen. So lassen sich Oberflächeneigenschaften regelrecht "schalten" - die Polymerbürstenschichten passen sich in Struktur und Eigenschaften an die konkrete Umgebung an und können wechselweise hydrophob oder hydrophil reagieren, das heißt: Sie können Wasser abweisen oder anziehen." Diese Anpassungsfähigkeit und den Mechanismus der Schaltbarkeit hat die Forschungsgruppe des IPF gemeinsam mit dem Physiker Markus Müller vom Institut für Physik an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz modelliert und experimentell untersucht. Interessant sind die Polymerbürstenschichten des IPF insbesondere für die Medizintechnik - so kommen sie beispielsweise in Textilien zur Wundabdeckung zum Einsatz.

Nähere Informationen bei:

Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung, Leipzig (IOM)
Prof. Dr. B. Rauschenbach
Tel.: 0341 - 235-2308
E-Mail: brausch@rz.uni-leipzig.de

Institut für Polymerforschung Dresden (IPF)
Prof. Dr. Manfred Stamm
Tel.: 0351 - 4658-225
E-Mail: stamm@ipfdd.de

Kontakt Leibniz-Gemeinschaft:
Dr. Frank Stäudner
Tel.: 030 - 206049-42
Fax: 030 - 206049-55
E-Mail: staudner@wgl.de

Dr. Frank Stäudner | idw
Weitere Informationen:
http://www.leibniz-gemeinschaft.de
http://www.iom-leipzig.de
http://www.ipfdd.de

Weitere Berichte zu: Hautfunktion IOM IPF Nanometer Schicht

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle
07.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Forscher entwickeln Unterwasser-Observatorium
07.12.2016 | Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher entwickeln Unterwasser-Observatorium

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Mehrkernprozessoren für Mobilität und Industrie 4.0

07.12.2016 | Informationstechnologie