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 Fake News finden und bekämpfen
17.08.2017 | Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT

nachricht Neues interdisziplinäres Zentrum für Physik und Medizin in Erlangen
25.07.2017 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie