Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Atomares Billard-Spiel

01.09.2010
Wenn energiereiche Ionen auf einen Festkörper treffen und aus ihm Atome lösen, nennt man das Sputtern. Damit lassen sich Glasoberflächen hauchdünn beschichten. Forscher haben ein spezielles Sputter-Verfahren entwickelt und die Beschichtungseffizienz enorm erhöht. Von dem Ergebnis profitiert nicht nur die Architektur.

Es soll der spektakulärste Konzertsaal Deutschlands werden: Zwar ist die Elbphilharmonie ein umstrittenes Bauprojekt, doch das Jahrhundertbauwerk hat schon für Aufsehen gesorgt. Weltweit einmalig sind die bis zu fünf Meter hohen Glasscheiben. Jedes der multifunktionalen Isoliergläser ist ein Unikat.


Mit dem neuen Beschichtungsmodul können die IST-Forscher bislang nicht herstellbare Materialkombinationen fertigen. (© Fraunhofer IST)

Architekturgläser wie diese müssen im modernen Gebäudebau immer höheren Ansprüchen genügen. Nicht nur, dass die Fläche oft sehr groß ist. Spezialgläser müssen eine exzellente Optik bieten sowie wärme- und schalldämmend sein. Wie gut die Eigenschaften sind, hängt vor allem von der Oberflächenbeschichtung ab. Doch diese ist mitunter eine sehr kostspielige Angelegenheit.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig haben ein neues Modul für eine Sputter-Anlage entwickelt, mit dem sich die Effizienz des Beschichtungsverfahrens erheblich steigern lässt. Um große Flächen zu beschichten, nutzt man oft das Sputtern. Bei diesem Verfahren wird das gewünschte Material auf die Oberfläche des Glases zerstäubt: Wie in einer Art Billard-Spiel werden die Atome in einer Vakuumkammer aus dem Festkörper, Target genannt, durch Beschuss mit energiereichen Ionen – meist Edelgasionen – herausgeschlagen. Das so aus dem Festkörper gelöste Target-Material kondensiert auf der Glasoberfläche, dem Substrat, zu einer hauchdünnen Schicht – je nach Ausgangsmaterial mit den gewünschten Eigenschaften.

Das ganze Beschichtungsmodul kann verschiedene Formen haben: Besteht es aus zwei rotierenden Rohren, in deren Innerem starke Magnete sitzen, so nennt man das Doppel-Magnetron. Zwar erhöhen die Magnete die Sputterrate, dennoch waren Ingenieure bisher stark eingeschränkt: »Wir können nur solche Materialien sputtern, die auch als Target herstellbar sind«, sagt Dr. Bernd Szyszka, Abteilungsleiter am IST. »Außerdem ist das bisherige Sputter-Verfahren ineffizient. Nur ein Bruchteil der einfallenden Ionen führt zum Sputtern. Mehr als 95 Prozent heizen nur das Kühlwasser.«

Diese Hürden haben die IST-Experten überwunden: Im neuen Beschichtungsmodul ist hinter jedem Target-Rohr jeweils ein weiteres flaches Target angeordnet, das aus einem schweren Element wie Bismut besteht. »Damit kann man die Sputterrate erheblich steigern«, erklärt Szyszka. Denn das ionisierte Edelgas löst die Bismut-Atome aus dem flachen Festkörper und »implantiert« sie allmählich in das Rohrtarget, wie die Experten sagen. »Mit Hilfe von Bismut können wir beispielsweise die Abscheidung von Titanoxid deutlich verbessern«, sagt der Forscher. Mehr Beschichtungsmaterial wird aus dem Festkörper gelöst. Diesen Effekt haben die IST-Forscher jetzt industrietauglich gemacht. »Mit Hilfe eines Simulationsprogramms ist es uns bereits vor dem Bau des neuen Moduls gelungen, das Sputtern am flachen und am Rohrtarget zu optimieren. Wir können die Target-Materialien jetzt beliebig kombinieren, ohne dass es zu unerwünschten Reaktionen auf der Oberfläche kommt.«

Das Ergebnis: Eine höhere Beschichtungsrate und eine homogenere Oberflächenschicht mit neuen, bisher nicht herstellbaren Materialien. Und die Schicht ist in kürzerer Zeit, mit weniger Energieverbrauch, fertig. »Mit unserer Beschichtungstechnik können wir drei alte Magnetrons durch zwei neue ersetzen. Sie ist erheblich kostengünstiger und ermöglicht verbesserte Materialeigenschaften«, sagt Szyszka. Ob Auto-Panoramadächer, die sich kaum aufheizen, oder verbesserte Photovoltaik-Zellen – das Anwendungsspektrum des Sputter-Moduls, das die Forscher vom 28. September bis zum 1. Oktober auf der Messe Glasstec in Düsseldorf vorstellen, ist vielfältig. »Es wird das Beschichten von Großflächen revolutionieren«, ist der Wissenschaftler überzeugt.

Dr. Bernd Szyszka | Fraunhofer Mediendienst
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010/09/atomares-billard-spiel.jsp

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Elektrodenmaterialien aus der Mikrowelle
18.10.2017 | Technische Universität München

nachricht Metallisches Fused Filament Fabrication - Neues Verfahren zum metallischen 3D-Druck
12.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

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...

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

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise