Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleine Teilchen – große Wirkung

09.02.2004


In vielen Bereichen der Technik – angefangen von der Mikroelektronik bis hin zum Automobilbau – wird das Innovationstempo in entscheidendem Maße auch von der Verfügbarkeit verbesserter Werkstoffe bestimmt. Eine Antwort auf die vielfältigen Herausforderung liefern winzige Siliconpartikel. Auf der Basis einer von WACKER entwickelten Technologie sind diese in der Lage, einer Reihe von Materialien die geforderten Tugenden buchstäblich einzuimpfen.


In einer wachsenden Anzahl von Anwendungen werden Werkstoffen, Lacken oder Klebstoffen immer neue Tugenden abverlangt. So sollen diese Materialien beispielsweise großer Hitze und klirrender Kälte ebenso trotzen wie mechanischem Stress, ätzenden Chemikalien oder gar Steinschlägen. Die Anwender würden den Entwicklern dieser Materialien ihre Erwartungen und Wünsche allzu gerne in die Pflichtenhefte diktieren – doch nicht selten stoßen die gewachsenen Ansprüche auf natürliche Grenzen. Hürden also, die sich – wenn überhaupt – nur mit einem technologischen Quantensprung überwinden lassen.

Eine solche Option bietet der Einsatz so genannter nanoskaliger Siliconpartikel von WACKER. Ein Nanometer ist der Millionste Teil eines Millimeters, und die von WACKER hergestellten Siliconpartikel weisen typischerweise Durchmesser auf, die sich zwischen zehn und mehreren 100 Nanometern bewegen. Das sind Dimensionen, in denen die Gesetze der „Alltagsphysik“ scheinbar außer Kraft gesetzt sind, weil viele der uns vertrauten Materialeigenschaften von der Partikelgröße abhängen. Materialien aus solchen Nanoteilchen besitzen daher häufig andere Eigenschaften als die „klassische“ Materie, obwohl sie aus den gleichen Bausteinen bestehen. So ändern sich beim Verkleinern oftmals sprunghaft die mechanischen, optischen und chemischen Eigenschaften – auch Härte und Schmelzpunkt können oftmals deutlich variieren. Einen futuristischen Vorgeschmack auf die vielfältigen Möglichkeiten der Nanotechnologie lieferte übrigens der Hollywood-Thriller „Die phantastische Reise“ aus dem Jahre 1966, in dem ein miniaturisiertes U-Boot in die Blutbahn eines Menschen injiziert wurde.


Patentierte Technologie ermöglicht Quantensprung

Mit Hilfe eines patentierten Verfahrens ist es WACKER gelungen, einen ebenso einfachen wie eleganten Zugang zu nanoskaligen Siliconen zu erreichen. Der besondere „Charme“ des Verfahrens basiert darauf, dass Siliconen wiederum eine große Variabilität von Eigenschaften einverleibt werden kann. Somit stellen nanoskalige Silicone eine völlig neue Plattform für innovative Materialien mit hochdifferenzierten Produkteigenschaften und einer großen Anwendungsvielfalt dar. Das Spektrum der von WACKER hergestellten Systeme erstreckt sich von elastomeren bis hin zu hochvernetzten Partikeln und schließt auch hybride „Core-Shell“-Materialien mit ein, die eine organische Hülle um den Siliconkern aufweisen und eine besonders flexible Einstellung der Endeigenschaften gestatten.

Obwohl es sich um „Nanopartikel“ handelt, bemerkt der Anwender bis zum Einsatz überhaupt nichts davon und benötigt deswegen auch keine aufwändigen Techniken und Sicherheitsvorkehrungen – wie sie zum Beispiel für den Umgang mit feinsten Stäuben unerlässlich sind. „Die Partikel liegen in einer speziellen Kompaktierung vor und zerfallen erst in der Anwendungen zu Nanopartikeln“, verdeutlicht Dr. Jochen Ebenhoch, Projektleiter bei WACKER SILICONES. Damit handele es sich auch um eine besonders kundenfreundliche Anwendung von Nanopartikeln.

„Bleifrei“ – nicht nur beim Benzin

Inwieweit die von WACKER entwickelten Systeme Vorteile gegenüber den herkömmlichen bieten, veranschaulicht ein aktuelles Beispiel aus der Elektronikindustrie. So haben sich die führenden Bauelementehersteller kürzlich auf einen Rahmen hinsichtlich des bleifreien Lötens verständigt. Der internationalen Roadmap zufolge soll die Umstellung bis Ende 2004 erfolgt sein. An Lötprozessen geht in der Halbleiterindustrie kein Weg vorbei – das betrifft Handy-Platinen ebenso wie die Baugruppen von Hochleistungsrechnern. Dass bei der Vielzahl von Anwendungen und den daraus resultierenden Mengen der Verzicht auf das toxische Metall Blei durchaus ökologisch sinnvoll ist, steht außer Diskussion.

Einziges Problem: Ein Bleizusatz erniedrigt den Schmelzpunkt von Lötmetallen und sorgte bisher dafür, dass die Temperaturbelastung nicht über +230 °C stieg. Das „bleifreie Löten“ erfordert dagegen Temperaturen von + 250 bis + 260 °C. Das ist ein Bereich, dem traditionelle Kunststoffe, die unter anderem in Epoxidpressmassen, Elektronikklebstoffen und Lötstopplacken zum Einsatz gelangen, nicht mehr gewachsen sind. Derartige Lacksysteme werden gewöhnlich im Siebdruck oder mittels eines Gießvorhanges auf die Leiterplatte aufgebracht. Genau an dieser Stelle kommen die herausragenden Vorteile hybrider „Core-Shell“-Materialien zum Tragen. Diese bestehen in diesem Fall aus einem elastomeren Silicon-Kern und einem hitzebeständigen Mantel aus einem polymeren Acrylat. Durch diesen Kunstgriff sind die zu modifizierenden Kunststoffe – nach Einbau der Partikel – den harschen Bedingungen des bleifreien Lötens gewachsen. Auch Basismaterialien zur Herstellung von Leiterplatten für den herkömmlichen einschichtigen Aufbau sowie so genannte „build-up Materialien“ für die Multilayer-Technik können mit Hilfe der „Core-Shell Technik“ in ihren Rissbeständigkeiten verbessert werden.

Vielseitige Herausforderungen im Bereich der Automobilindustrie

Aus dem Bereich der Automobilindustrie sind die gewachsenen Anforderungen besonders vielfältig. Zum einen sucht die Branche ständig nach verbesserten Materialien, die zum Beispiel im Rahmen von Lackierprozessen wie der kathodischen Tauchlackierung über eine höhere Temperaturfestigkeit verfügen müssen. Daneben gibt es eine Reihe von weiteren Anforderungen, die sich in ihrer Gesamtheit mit herkömmlichen Materialien nicht realisieren lassen.

So steht – wenn es sich zum Beispiel um einen Pulverlack handelt – eine hohe Steinschlagfestigkeit in Kombination mit Glanz und Transparenz bei den geforderten Eigenschaften auf der Wunschliste ganz weit oben. Dies ist eine Anforderung, die sich auch mit herkömmlichen Formulierungen erzielen lässt. Probleme treten aber dann auf, wenn zusätzliche Eigenschaften wie „hohe Bewitterungsfestigkeit“, „Chemikalienresistenz“ und „Zähigkeit bei tiefen Temperaturen“ zugleich gefordert sind.

Bisher war es mit herkömmlichen Materialien nicht möglich gewesen, sämtliche für Außenanwendungen bedeutsame Parameter gleichzeitig zu optimieren. „Wenn man zum Beispiel versucht, die Bewitterungsstabilität und die Transparenz zu erhöhen, dann mussten bisher Abstriche hinsichtlich der Tieftemperatur-Zähigkeit hingenommen werden“, verdeutlicht Dr. Ebenhoch den Zielkonflikt. Auf diesem Gebiet könnten die von WACKER entwickelten Systeme mit vielversprechenden Resultaten aufwarten. Dies gelte insbesondere für die erwünschte Verbesserung der Abriebbeständigkeit und der Kratzfestigkeit von Lacken.

Die ausgewählten Beispiele verdeutlichen das in den nanoskaligen Siliconen steckende Potenzial. Als Unternehmen ist WACKER in der Lage, für eine Vielzahl von Anwendungen in unterschiedlichen Branchen kundenspezifische Lösungen anbieten zu können. So hat WACKER in einem anderen Projekt bereits demonstrieren können, dass die Newcomer sich auch in Form modifizierter Kleber zum Beispiel für den Automobil- und Luftfahrtbereich eignen können. Für solche Anwendungen, aber auch für andere Bereiche, in denen eine hohe Temperaturbeständigkeit gefordert ist, werden von WACKER neue Lösungen mit speziell dafür massgeschneiderten Partikeln, unter anderem den bereits erwähnten Pulverlacken, angeboten.

Auch in Zusammenarbeit mit Forschungsinstituten und Universitäten will WACKER die in der Technologie steckenden Möglichkeiten weiter ausloten. So wird in einem konkreten Forschungsprojekt bereits an farbstoffbeladenen Nanopartikeln auf Siliconbasis gearbeitet. Noch weiß niemand genau, welche konkreten wirtschaftlichen Potenziale einmal daraus resultieren werden. Über eines sind sich die Beteiligten heute aber bereits einig: Mit der Möglichkeit, nanoskalige Siliconpartikel in industriellen Mengen herstellen zu können, wurden viele Türen geöffnet – die „phantastische Reise“ kann also beginnen.

Rolf Froböse |
Weitere Informationen:
http://www.wacker.com/

Weitere Berichte zu: Löten Nanopartikel Partikel Silicon Siliconpartikel WACKER

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?
23.05.2017 | Heraeus Noblelight GmbH

nachricht Bessere Kathodenmaterialien für Lithium-Schwefel-Akkus
17.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften