Thüringer Werkstoffstag 2017 Innovative Anwendungsfelder durch Kombination von CVD- und Sol-Gel-Technologie

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1 INNOVENT Technologieentwicklung Industrieforschungseinrichtung Gründung 1994 Thüringer Werkstoffstag 2017 Innovative Anwendungsfelder durch Kombination von CVD- und Sol-Gel-Technologie Grenz- und Oberflächentechnologie Biomaterialien Magnetische und optische Systeme Analytik

2 Verfahrenskombination Flammenpyrolyse (C-CVD) Brenner Flamme C-CVD R2R Schicht Substrat Abscheidung von Oxidschichten mittels Precursor-Zufuhr (z. B. SiO x, TiO x, ZrO x ) Vergrößerung der spezifischen Oberfläche und Erzeugung von polaren OH-Gruppen 2

3 Verfahrenskombination Sol-Gel-Technik Sol-Zufuhr Hydrolyse und Kondensation führt über Sol zur Gelbildung 3D Netzwerk Schlitzdüse Schicht Si OR + H 2 O Si OH + R OH (Hydrolyse) Si OH + HO Si Si O Si (Kondensation) Substrat Sol-Gel R2R 3

4 Verfahrenskombination Schichtaufbau Pyrosil-Schicht R a = 3,20 nm Sol-Gel-Schicht R a = 0,38 nm Kombinationsschicht R a = 1,91 nm 4

5 Industrienahe Anwendungsbeispiele Antibakterielle Schichten Staphylococcus aureus (gram+) Antibakteriell wirksame SG-Schichten mit verschiedenen Bioziden auf Holz (BTG-Test) 120 Escherichia coli (gram-) rel. Lumineszenz RLU [%] WPC ohne Biozid nach 24 h 60 WPC mit Biozid nach 24 h 40 Wirkung von Ag auf WPC (CFU-Test) 20 0 E.coli Holz Sol INNOVENT Technologieentwicklung Sol/Zn Sol/Cu Sol/Ag Sol/H3BO3 Thüringer Werkstofftag

6 Industrienahe Anwendungsbeispiele Barriereschichten Verminderung der Permeationsraten durch alternierende Abfolge von C-CVD- und SG-Schichten auf Folien d OTR [cm 3 / (m 2 d bar)] bzw. WVTR [g / (m 2 d)] ,3 OTR WVTR 4,7 0,0 0,0 erfüllt Anforderungen an Lebensmittelverpackungen Py Sol Py/Sol/Py Py/Sol/Py/Sol/Py Lösung Diffusion 6

7 Industrienahe Anwendungsbeispiele Photokatalytisch aktive Schichten 120 ohne Pyrosil 100 mit Pyrosil MB-Abbau [%Activ] Quantifizierung über den Abbau von Methylenblau (MB) mittels UV/VIS 0,6 Ref. MB Glas + Py + Sol1 PMMA + Py + Sol1 0, ,4 Absorption 80 0 PA Sol1 Sol2 P25 0,3 PA Pilkington Activ als Bezug 0,2 0,1 0, Aktivität von Sol2 nahezu mit der von P25 vergleichbar Wellenlänge [nm] INNOVENT Technologieentwicklung Thüringer Werkstofftag

8 Industrienahe Anwendungsbeispiele Trennschichten zur Kunststoffabformung Verhinderung der Anhaftung im Werkzeug ohne Einsatz von Trennmitteln Beschichtung von planaren Al-Substraten langkettige Siloxane im Sol Druckscherfestigkeit [MPa] Wert Null für weitere Versuche verwendet Al PE-CVD/ZS1 Sol/ZS1 Sol/ZS2 Sol/ZS3 Klebstoff beschichtetes Substrat Druckscherkraft Stempel 8

9 Schichteigenschaften Visualisierung transparenter Schichten 0,25 wt% 0,13 wt% homogene Beschichtung unbeschichtet inhomogene Beschichtung Einbringung von fluoreszierenden Partikeln ermöglicht Gütebewertung 9

10 Zusammenfassung Kombinationsschichten Vorteile großflächige Beschichtung beide Verfahren R2R geeignet kaum Einlagerungen oder pinholes homogene Beschichtung durch Verfahrensüberlagerung geringe Schichtdicke hohe Transparenz faktisch keine Alterung der Schichten AFM-Aufnahme von pinholes in einer OLED-Schicht, Quelle: Okinawa Institute of Science and Technology 10

11 Zusammenfassung Kombinationsschichten Nachteile Substrat als homogen vorausgesetzt Polymerfolien und Textilien nicht ideal, da Aufladung, Verunreinigung, Inhomogenitäten vorherige Reinigung/Aktivierung: bei C-CVD in situ bei Sol-Gel Corona Trocknung der SG-Schichten nach Abscheidung tlw. problematisch Stippe in einer Folienschicht im Schnitt und Draufsicht, Quelle: Drucken und Kaschieren (Teil 7 von 8) 11

12 Danksagung Mein besonderer Dank gilt: Sven Gerullis Carmen Marschner Marion Homuth Bereich Analytik 12

13 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! INNOVENT e.v. Technologieentwicklung Pruessingstrasse 27B Jena Wolfgang Hering Wissenschaftlicher Mitarbeiter Bereich OFT Tel