Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Laser-Blick auf ultradünne Schichten

22.03.2016

Von der Beschichtung energietechnischer, elektronischer oder pharmazeutischer Produkte bis zur dünnen Plastikfolie: Eine neue Technik der TU Wien ermöglicht Qualitätskontrolle von Beschichtungsverfahren in Echtzeit.

Wenn man große Flächen mit hauchdünnen Schichten im Mikrometer- oder Nanobereich überzieht, die genau die richtige Dicke haben müssen, dann passieren leicht Fehler. Oft kann man die Dicke der aufgebrachten Schicht erst untersuchen, nachdem der Beschichtungsvorgang abgeschlossen ist.


Polarisationsmodulation eines Lasers mit photoelastischem Kristall

Mit einigen technischen Tricks gelang es nun aber einem Forschungsteam der TU Wien, ein Gerät zu entwickeln, das direkt in Beschichtungsanlagen eingebaut werden kann, und im laufenden Betrieb eine zuverlässige Qualitätskontrolle ermöglicht. Dieses Gerät, das „Inline-Ellipsometer“ wird nun auf der Hannover Messe erstmals der Öffentlichkeit präsentiert.

Dauerfeuer mit Laserpulsen

„Das Grundprinzip ist einfach“, sagt Ferdinand Bammer vom Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik der TU Wien. „Man beleuchtet die Oberfläche mit einem Laserstrahl und misst, wie das Laserlicht durch die dünne Schicht verändert wird.“ Dabei geht es nicht bloß um die Intensität des Laserstrahls, eine entscheidende Rolle spielt seine Polarisation – also die Richtung, in der die Lichtwelle schwingt.

Das Gerät, das nun vorgestellt wird, produziert kurze Laserpulse, die in rascher Folge abgefeuert werden. Durch einen Kristall, der tausende Male in der Sekunde schwingt, werden die Lichtpulse unterschiedlich polarisiert. Je nachdem, wie dick die untersuchte Schicht ist, werden die Polarisation und die Intensität der Pulse in unterschiedlichem Ausmaß verändert. Damit lassen sich sogar extrem dünne Beschichtungen mit einer Dicke im Mikrometer- oder Nanometerbereich zuverlässig analysieren. Die Beschichtung kann dabei aus beliebigem Material bestehen, solange es transparent oder nur teilweise durchscheinend ist – was bei extrem dünnen Schichten von wenigen Nanometern selbst bei Metallen der Fall ist.

„Unsere Messtechnik hat eine ganze Reihe von Vorteilen“, sagt Ferdinand Bammer. „Wir kommen mit relativ günstigen Komponenten aus und brauchen keine beweglichen Teile, dadurch ist das Gerät preiswert, robust und wenig fehleranfällig.“ Die Messung erfolgt berührungslos, etwa hundert Messungen pro Sekunde sind möglich. Mit Hilfe einer speziellen Abbildungsmethode kann man in einer einzigen Messung einen Bereich von etwa dreißig Zentimetern Länge erfassen. Das bedeutet, dass man diese Technik auch in schnell laufenden Industrieanlagen für die Echtzeit-Qualitätskontrolle einsetzen kann.

Konkurrierende Produkte sind entweder wesentlich aufwändiger, deutlich langsamer, oder messen Schichtdicken nicht flächig, sondern nur an wenigen Punkten -  und sie verbrauchen deutlich mehr Energie. Außerdem scheitern viele Systeme an flexiblen, doppelbrechenden Materialien – die Technik der TU Wien kann bei vielen unterschiedlichen Materialien eingesetzt werden.

Von der Solarzelle bis zur pharmazeutischen Spezialbeschichtung

„Besonders interessant ist das zum Beispiel für die Photovoltaik. Solarzellen sind oft aus mehreren Schichten aufgebaut, die exakt die richtige Dicke haben müssen“, sagt Ferdinand Bammer. Anwendungen für die Technik gibt es allerdings in fast allen Bereichen der Produktion – von Brennstoffzellen über Batterietechnik bis zu Displaytechnik, Medizin und Pharmaindustrie.

Ein Prototyp wurde bereits in bestehende Anlagen eingebaut und für verschiedene Beschichtungsarten erfolgreich getestet. Gerade wegen der vielseitigen Einsetzbarkeit der Ellipsometrie-Technik kann die Methode für beliebige Beschichtungsprozesse spezifisch angepasst werden.  „Dass unsere Technik funktioniert, haben wir bewiesen“, sagt Ferdinand Bammer. „Nun können wir sie verschiedensten Firmen für ihre Produktionssteuerung oder ihre Qualitätskontrolle anbieten.“

Erstmals wird die Inline-Beschichtungskontrolle dem breiten Fachpublikum auf der Hannover Messe (25.-29.4.) präsentiert: Halle 27, Stand L71.

Andere Innovationen am Gemeinschaftsstand der TU Wien, der im Bereich EnergyEfficiency angesiedelt ist, zeigen:

- Einen neuartigen Ansatz zur breit angelegten Integration von dezentralen Energieerzeugern und Haushalts-Anlagen in den gesicherten Betrieb von Stromversorgungssystemen 

- Den energieeffizienten und kostengünstigen Transport von Wasserstoff (H2) aus erneuerbaren Energien über das herkömmliche Erdgasnetz

- Eine neuartige und kostengünstige Bauweise für hohe Türme von Windenergieanlagen

- Neuartige schwimmende Plattformen beispielsweise für PV- oder Entsalzungsanlagen, die auch bei hohem Wellengang stabil schwimmen

- Die mögliche Verdoppelung der Produktion von Biogasanlagen durch Nutzung von Überschussstrom für Elektrolyse und Methanisierung

- Die einzigen, höchst energieeffizienten Synchronmotoren, die mit Permanentmagneten oder ohne Einsatz von Seltenerdmetallen realisiert werden können und ohne fehleranfällige Sensorik auskommen

- Das einzige Magnetlager für höchste Dynamik bei geringen Systemkosten, das wartungsfrei und sensorlos ist

- Die ersten Polymere für hochpräzise und hochfeste Produkte aus 3D-Druck – in der Qualität von Polymer-Spritzguss

- Das erste Verfahren, das den Pulverspritzguss (MIM) von Aluminium-Legierungen ermöglicht – und damit Material- und Gewichtsreduktionen um bis über 50%

Rückfragehinweis:

Zu wissenschaftlichen Fragen:

Dr. Ferdinand Bammer

Institut für Fertigungstechnik

und Hochleistungslasertechnik

Technische Universität Wien

Getreidemarkt 9, 1060 Wien

T: +43-1- 58801-311616

ferdinand.bammer@tuwien.ac.at

Zum TU-Auftritt bei der Hannover Messe:

Dipl.-Ing. Peter Heimerl

Forschungsmarketing

Technische Universität Wien

Karlsplatz 13, 1040 Wien

T: +43-664-605883320

forschungsmarketing@tuwien.ac.at

Aussender:

Dr. Florian Aigner

Büro für Öffentlichkeitsarbeit

Technische Universität Wien

Operngasse 11, 1040 Wien

T: +43-1-58801-41027

florian.aigner@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Projekt CeGlaFlex: Hauchdünne, bruchsichere und biegsame Keramik und Gläser
24.04.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Löschbare Tinte für den 3-D-Druck
24.04.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung