Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Durchgewirbelt: Pulverbeschichtung im Plasma ist Grundlage für Neue Materialien

05.03.2002


Projektmitarbeiter Dr. Brüser kontrolliert die Abscheidung der Fasern


Plasma in der Wirbelschichtanlage


Farben, die wie Seifenblasen in der Sonne schillern oder High-Tech-Werkstoffe zum günstigen Preis: Deutschlands nordöstlichstes Leibnizinstitut forscht an Neuen Materialien. In einer Plasma-Wirbelschichtanlage verändern Wissenschaftler des Institutes für Niedertemperatur-Plasmaphysik (INP) die Oberflächen neuartiger Grafitfasern für die Produktion leistungsfähiger Verbundwerkstoffe. In kleinsten Mengen erfolgreich erprobt, soll die Plasmabehandlung von Pulvern und Fasern nun mit größerem Materialumsatz funktionieren. Das könnte der Werkstoffindustrie eine ganz neue Dimension eröffnen.

Winzig kleine Grafitfasern schwirren durcheinander, das Plasma wird gezündet und leuchtet rötlich. Am Institut für Niedertemperatur-Plasmaphysik startet ein Experiment in der Wirbelschichtanlage zur Bearbeitung von Pulvern. Im Plasma hoch angeregte Sauerstoffmoleküle verändern die Oberfläche der Fasern. "Wir arbeiten daran, eine Vision zu verwirklichen, die vor allem für Kunststoffverarbeiter attraktiv ist: die Funktionalisierung von Kohlefasern," sagt Projektmitarbeiter Dr. Volker Brüser. Gebraucht werden diese für außergewöhnlich stabile und trotzdem sehr leichte faserverstärkte Kunststoffe. Solche Verbundwerkstoffe werden in der Raumfahrt, im Flugzeugbau oder für besonders edle Sportgeräte schon heute verwendet, wobei die Produktion der Kohlefasern aufwändig und teuer ist. "Wir arbeiten aber mit neuartigen Kohlefasern, sog. Vapour Grown Carbon Fibre, (VGCF)," erklärt Dr. Brüser. "Die können in hoher Qualität so günstig produziert werden, dass man erstmals an die Massenproduktion hochwertiger Verbundwerkstoffe denken kann."

Dazu muss aber ein geeignetes Verfahren zur Vorbehandlung der Fasern zur Verfügung stehen. "Die Kohlefasern müssen vor ihrer Weiterverarbeitung zu Verbundwerkstoffen durch die Anlagerung von Sauerstoff chemisch aktiviert werden, weil sie sich sonst nicht richtig mit dem Kunststoff verbinden," erklärt Dr. Brüser. Übertrage man die üblichen Verfahren zur Oxidation der Kohlefasern auf VGCF, führe dies nicht immer zu befriedigenden Ergebnissen, mitunter sogar zu einer Beschädigung der Fasern. Gute Ergebnisse brachte die Plasmabehandlung von Pulvern und Fasern im Labormaßstab. Größtes Problem war zunächst, die Oberflächen aller Teilchen gleichmäßig dem Plasma auszusetzen. Im Labor wurde gerührt, gerüttelt und geschüttelt, bis sich die Wirbelschichtanlage als geeignet erwies. Gas und Pulver werden besonders gut durchmischt und die Behandlungszeit auf wenige Sekunden verkürzt. Um eine Wirbelschicht zu erzeugen, wird durch ein Sieb jenes Gas in den Behandlungsraum geblasen, das auf der Pulveroberfläche die gewünschten Effekte hervorzurufen imstande ist. Das kann einfach Luft sein, wie im Fall der Grafitfasern. Wenn nun die Anströmung des Gases die Gewichtskraft der winzigen Körnchen ausgleicht, entsteht eine Wirbelschicht. Dann wird das Plasma gezündet, d.h. das Gas wird im Mikrowellen- oder Hochfrequenzfeld angeregt und so die Oberflächenreaktion in Gang gesetzt: Im Feld beschleunigte Elektronen spalten Moleküle und lagern deren chemisch aktive Bruchstücke an die Faseroberfläche an.

Dieses Verfahren von Laborgröße auf industrielle Maßstäbe zu übertragen ist eine Herausforderung an die Plasmatechnik. Große Pulvermengen müssen gleichmäßig und schnell behandelt werden. Dazu wurde die Wirbelschichtanlage des INP so eingerichtet, dass bei laufendem Betrieb kontinuierlich Grafitfasern zu- und abgeführt werden können. Die Größe der Anlage ist bereits so bemessen, dass eine Industrieanlage nach dem gleichen Prinzip aufgebaut sein könnte. Noch bis 2003 können die Wissenschaftler mit dieser Pilotanlage Erfahrungen sammeln, so lange läuft ein Forschungsprojekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert wird.

Dann sollen die Erkenntnisse auch dazu genutzt werden, weitere Anwendungsmöglichkeiten für plasmabehandelte Pulver oder Fasern zu erschließen. Denkbar ist vieles: Man gibt Kunststoffen oder anderen Materialien als Pulver oder Granulat bestimmte Oberflächenfunktionen, die sie nach ihrer Verarbeitung zu einem Formteil behalten. Das ist besonders vorteilhaft, wenn großformatige Teile veredelt werden sollen, z.B. Schiffsrümpfe. Bisher müssen die Plasmaanlagen an die Größe des Formteils angepasst werden, um die Oberflächen der Teile beispielsweise für eine spätere Lackierung vorzubereiten. Oder in der Pharmaindustrie: Die Geschwindigkeit, mit der Tabletten ihre medizinischen Wirkstoffe abgeben, könnte gesteuert werden, indem man den pulverförmigen Wirkstoff mit einer wasserabweisenden Schicht umhüllt. Farbhersteller könnten mittels plasmabehandelter Zusätze oder Farbpartikel völlig neue Effekte erzielen, wie eine Farbe, die wie eine Seifenblase im Sonnenlicht schillert. Die Wirbelschichtanlage des INP ist ein wichtiger Schritt in Richtung dieser neuen Dimension von Plasmaanwendungen.

Anke Wagner | idw

Weitere Berichte zu: Faser Grafitfaser Kohlefaser Plasma Verbundwerkstoff Wirbelschichtanlage

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Neues Verbundprojekt erforscht die neurodegenerative Erkrankung Morbus Alzheimer
12.09.2017 | Universitätsklinikum Würzburg

nachricht Damit sich Mensch und Maschine besser verstehen
04.09.2017 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Aufräumen? Nicht ohne Helfer

19.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen

19.10.2017 | Materialwissenschaften

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie