11. ThGOT Funktionelle Beschichtungen auf Basis der Sol-Gel-Technik

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1 INNOVENT e.v. Technologieentwicklung Wirtschaftsnahe Forschungseinrichtung Gründung ThGOT 2015 Funktionelle Beschichtungen auf Basis der Sol-Gel-Technik Grenz- und Oberflächentechnologie Biomaterialien Magnetische und optische Systeme Analytik

2 Gliederung der Präsentation 1 Verfahrensübersicht Sol-Gel-Technik (SG) Flammenpyrolyse (C-CVD) Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PE-CVD) 2 Technische Möglichkeiten bei INNOVENT Reinigung und Aktivierung Beschichtung 3 Industrienahe Anwendungsbeispiele Folie 2

3 1 Verfahrensübersicht Sol-Gel-Technik (SG) Hydrolyse und Kondensation führt über Sol zur Gelbildung 3D Netzwerk Si OR + H 2 O Si OH + R OH Si OH + HO Si Si O Si (Hydrolyse) (Kondensation) Aufbringung über Tauch-Beschichtung (dip coating), Sprühauftrag (spray coating) oder Schlitzdüse (slot die coating) Sol-Zufuhr Schlitzdüse Probe Tauchgefäß Folie 3

4 1 Verfahrensübersicht Flammenpyrolyse (C-CVD: Combustion Chemical Vapor Deposition) Prozessgas Luft Beflammung zur Aktivierung von Oberflächen Substrat Precursor x,y-positionierung (optional mit Heizung) Abscheidung von Oxidschichten mittels Precursor-Zufuhr Vergrößerung der spezifischen Oberfläche und Erzeugung von polaren OH-Gruppen Folie 4

5 1 Verfahrensübersicht Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PE-CVD: plasma enhanced CVD) Plasma enthält freie Ladungsträger Reaktive Spezies von Prozessgas abhängig Matrixschicht durch Precursor vorgegeben Weitere Funktionalisierung über Zusatzstoffe Prozessgas Elektrische Versorgung Außenelektrode Precursor Funktionale Spezies Substrat x,y-positionierung (optional mit Heizung) Folie 5

6 2 Technische Möglichkeiten bei INNOVENT Reinigung und Aktivierung Corona-Einheit für Bahnware C-CVD-Anlage für Flachsubstrate Corona-Anlage für Flachsubstrate Folie 6

7 2 Technische Möglichkeiten bei INNOVENT Beschichtung Sol-Gel-Anlage PE-CVD-Array Umrollanlage (C-CVD) Folie 7

8 rel. Lumineszenz RLU [%] 3 Industrienahe Anwendungsbeispiele Antibakterielle Schichten Staphylococcus aureus (gram+) Antibakteriell wirksame SG-Schichten mit verschiedenen Bioziden auf Holz (BTG-Test) Escherichia coli (gram-) WPC ohne Biozid nach 24 h WPC mit Biozid nach 24 h Wirkung von Ag auf WPC (CFU-Test) C-CVD: Pyrosil-Technik Sol-Gel: Beschichtung über Tauchen oder Düsenauftrag 0 E.coli Holz Sol Sol/Zn Sol/Cu Sol/Ag Sol/H3BO3 Folie 8

9 3 Industrienahe Anwendungsbeispiele Photokatalytische Schichten Anregungsenergie e - hv LB VB A + e - h + Reduktion A D Oxidation Anregungsenergie h + Anhebung von e - ins LB und Schaffung von h + im VB durch photochemische Anregung Reduktion von A und Oxidation von D über Charge-Transfer- Reaktionen C-CVD: Pyrosil-Technik Sol-Gel: Beschichtung über Tauchen D + Bildung von Anatas (photokatalytisch aktivste TiO 2 -Modifikation) erst oberhalb 400 C Übertragung auf T-empfindliche Substrate (z. B. PMMA) Folie 9

10 Absorption MB-Abbau [%Activ]] 3 Industrienahe Anwendungsbeispiele Photokatalytische Schichten Quantifizierung über Abbau von Methylenblau (MB) ohne Pyrosil mit Pyrosil C-CVD: Pyrosil-Technik Sol-Gel: 0,6 0,5 0,4 Ref. MB Glas + Py + Sol1 PMMA + Py + Sol Beschichtung über Tauchen 0,3 0 PA Sol1 Sol2 P25 0,2 0,1 0, Wellenlänge [nm] PA Pilkington Activ als Bezug Aktivität von Sol2 nahezu mit der von P25 vergleichbar Folie 10

11 OTR [cm3 / (m2 d bar)] 3 Industrienahe Anwendungsbeispiele Barriereschichten SiO x (PE-CVD, C-CVD) Schichtsystem aus drei Einzelschichten auf Polymerfolie Hybrid-SiO x (Sol-Gel) SiO x (C-CVD) Substrat (Polymerfolie) d C-CVD: Pyrosil-Technik 120,00 PE-CVD: 100,00 Corona- 80,00 Behandlung 60,00 40,00 Sol-Gel: Tauch- 20,00 Lösung Diffusion beschichtung 0,00 PET PET/Py PET/Sol PET/Py/Sol PET/Py/Sol/Py Senkung der OTR durch Kombination von C-CVD und Sol-Gel-Verfahren Folie 11

12 Druckscherfestigkeit [MPa] 3 Industrienahe Anwendungsbeispiele Trennschichten zur Kunststoffabformung Verhinderung der Anhaftung im Werkzeug ohne Einsatz von Trennmitteln Beschichtung von planaren Al-Substraten langkettige Siloxane im Sol 0 Wert Null für weitere Versuche verwendet Al PE-CVD/ZS1 Sol/ZS1 Sol/ZS2 Sol/ZS3 Klebstoff beschichtetes Substrat Druckscherkraft Stempel C-CVD: Pyrosil-Technik PE-CVD: Plasma-Jet mit Precursor Sol-Gel: Beschichtung über Sprühen oder Tauchen Folie 12

13 Antibakterielle Wirkung 3 Industrienahe Anwendungsbeispiele Überblick Sol-Gel Korrosionsschutz Folie 13

14 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Kontakt Wolfgang Hering wiss. MA AG Plasmatechnik INNOVENT e. V. Prüssingstrasse 27B Jena Germany Tel.: Fax: Web: Folie 14