Silbernanomaterialien

Transkript

1 Silbernanomaterialien Funktionalisierung von Oberflächen und Materialien Dr. Oliver Zech ras materials GmbH Fachkonferenz // Neue Funktionalbeschichtungen Stuttgart

2 rent a scientist wissenschaftliche Dienstleistungen und technische Querdenker Firmenstandort: Regensburg Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen Machbarkeitsanalyse Schwerpunkt: Produktinnovation, Materialfunktionalisierung Herstellung und Vertrieb innovativer Nanomaterialien Nanosilber für antimikrobielle Anwendungen Silbernanodrähte für eine leitfähige Funktionalisierung Innovationserfahrung aus mehr als 1000 Einzelprojekten zur technischen Ideenfindung, Machbarkeitsüberprüfung und Produktentwicklung Seite 2

3 rent a scientist Zahlen und Fakten 17 wissenschaftliche Mitarbeiter Laufende Zusammenarbeit mit mehr als 10 Hochschulen Aktive Mitarbeit in 6 Technologienetzwerken und Clusteroffensiven Mehr als 1000 durchgeführte Innovationsprojekte Mehr als 200 angemeldete Kundenpatente 4 eigene Querschnittsmaterialien Seite 3

4 Innovationserfahrung aus allen Branchen fördert Querdenkeransätze Seite 4

5 Eigene Materialtechnologien Schutzrechte, Know-how, Herstellung, Forschung AgPURE Nanosilber ECOS Silbernanodrähte Thermoshields Elektrospinnfaser Seite 5

6 Wie kann man die Materialeffizienz steigern? Materialeffizienz = Produktoutput Materialinput Materialfunktionalisierung Reduktion des Materialeinsatzes Erhöhung der Ausbeute Qualitätsverbesserung / Lebensdauer Prozessverbesserung Seite 6

7 Nanomaterialien steigern die Materialeffizienz 1 : 54 mil. 1 : 54 mil. Erde km Fußball 22 cm Nanopartikel 4 nm minimaler Materialeinsatz, größtmögliche Wirkung (günstiges Oberflächen / Volumen Verhältnis) Reduktion Materialverbrauch / Kosten Einbringung neuer Funktionalität z.b. in Textilien Qualitätsverbesserung / Verlängerung der Lebensdauer Seite 7

8 Silberbasierte Nanomaterialien Silbernanopartikel Silbernanodrähte Funktionalisierung: Antimikrobiell Funktionalisierung: Leitfähig Seite 8

9 Nanosilber - Wirkungsweise Die Silberpartikel werden irreversibel in das Material (z.b. Polymer) eingebunden Nur die Silberionen wirken antimikrobiell Silberionen werden nur an der Materialoberfläche freigesetzt Je kleiner die Silberpartikel, desto größer ist die Oberfläche, desto mehr Ionen werden freigesetzt Seite 9

10 Eigenschaften Partikelgröße 8-20 nm Homogene Verteilung im Polymer Dauerhafte Stabilität und Aktivität über Jahre Keine Freisetzung der Partikel, lediglich der Ionen Beständig gegenüber Wäsche und Reinigung AgPURE ist das Internationale Standardreferenzmaterial der OECD und der BAM Seite 10

11 Beispiel: antimikrobieller Lack AgPURE W10 AgPURE W50 Basislack Nanosilberlack + 5 kg 1 kg 999 kg 1000 kg fertiger Lack Fertig lackierte Holzoberflächen, aus 1000 kg m² antimikrobielle Lackoberfläche Seite 11

12 Regulatorisches AgPURE ist ein Biozidprodukt Biozider Wirkstoff: Elementares Silber Gemeldet nach Verordnung (EU) Nr. 528/2012 Nanospezifische Zusatzdaten wurden erarbeitet (u.a. im OECD WPMN Sponsorship- Programm) Verkehrsfähigkeit AgPURE Erzeugnisse und behandelte Waren: Claiming ist entscheidend Seite 12

13 Anwendungsbeispiele und Produkte aap Seite 13

14 Silbernanodrähte Silber Höchste elektrische und thermische Leitfähigkeit aller Elemente Edelmetall, resistent gegenüber Chemikalien und Oxidation Nanodrähte Keine vollflächige Beschichtung notwendig, perkolierendes Netzwerk reicht aus Hohe Duktilität von Silbernanodrähten Effizienz Minimaler Materialeinsatz Langfristige und dauerhafte Funktionalisierung Vielseitige Anwendungen Seite 14

15 Silbernanodrähte - Eigenschaften Dimensionen Mittlere Länge µm Mittlere Dicke ~ nm Aspektverhältnis ~ 500 Formulierung Kann in unterschiedliche Formulierungen und Lösungsmittel eingearbeitet werden Als Beschichtung oder als Volumenphase einsetzbar Dauerhaftigkeit Durch Einarbeitung in Polymer oder Beschichtung keine Freisetzung der Silbernanodrähte Langlebig, weil chemisch inert Seite 15

16 Silbernanodrähte - Funktionsprinzip Perkolation Durchgehendes Netzwerk um Leitfähigkeit zu erreichen Potential hohe Transparenz, hohe Leitfähigkeit, variable Funktionalisierung Material verbrauch Nur ein Bruchteil des Materials wird benötigt hohe Materialeffizienz Seite 16

17 Silbernanodrähte - Anwendungsfelder ITO- Ersatz: touch displays, OPV, OLED Leitpasten, Leitkleber, Wärmeleitpasten Leitfähige Polymere und Fasern Leitfähige Garn- und Textilbeschichtung Antistatikanwendungen Transparentes Heizen IR-Reflexion, Abschirmung, Sensorik Seite 17

18 Beispiel transparente leitfähige Beschichtungen - Kooperation mit Heraeus: Kombination ECOS mit PEDOT:PSS Seite 18

19 Beispiel transparente leitfähige Beschichtungen Minimaler Materialverbrauch Exzellente Leitfähigkeit und Transparenz Niedrige Kosten (Ziel < 5 $/m², Vergleich ITO $/m²) Vielseitige Anwendungen Daten ITO: Physica E: 2007, 37 (1-2) pp Daten PEDOT:PSS: Hersteller Nahezu unbegrenzte Verfügbarkeit Seite 19

20 Anwendungen Transparente leitfähige Beschichtungen Elektroden für Photovoltaik LED und OLED Touch Panels, Screens Abschirmung SILBERNANODRÄHTE Seite 20

21 Spannung / V Anwendungen Transparente elektrisch beheizbare Oberflächen Ohm/sq Beschichtete Folie 400 cm² 25 Ohm/sq. 97 % Transparenz Spannung angelegt, Strom und Temperatur gemessen 20 Gute Stromtragfähigkeit 10 Hohe Heizleistung Heizleistung / W/m 2 Temperaturen von über 90 C gemessen (untergrundabhängig!) Seite 21

22 Leitfähige transparente Lackformulierungen Einarbeitung der Silbernanodrähte in Beschichtungsformulierung Aufbringen Substrat z.b. mittels Sprühen oder Tauchen Trocknen/ Aushärtung Beschichtung und Weiterverarbeitung Seite 22

23 Potentielle Anwendungen Lackformulierung Beschichtung von Oberflächen (auch gekrümmte Oberflächen) Beschichtungen von Textilien bzw. Garnen Heizanwendungen Low-E, Abschirmung, RFID etc. Seite 23

24 Silbernanodrähte von ras materials Patent Erteiltes Herstellungspatent Geometrie Einzigartige Eigenschaften, Kontrolle Länge und Durchmesser Formulierung Formulierungs- Know-how in unterschiedlichen Lösungsmitteln, kompatible Additive, Tenside, Polymere etc. Handling Aufreinigung Charakterisierung Stabilisierung, Lagerung Seite 24

25 Herausragende Eigenschaften Silbernanodrähte Minimaler Materialverbrauch Elektrische und Thermische Leitfähigkeit Duktilität und Elastizität Beständigkeit Anwendungsspezifische Anpassung Seite 25

26 Wie kann Sie ras unterstützen? AgPURE Bereitstellung Material Integration in nahezu alle Polymere und Formulierungen Entwicklung antimikrobieller Produkte auf Basis von Nanosilber ECOS Anwendungsspezifische Entwicklung Unterschiedliche Formulierungen Applikationsparameter Tests, Versuchsaufbauten etc. F & E Hilfe bei Akquise von Forschungsgeldern Projektkoordination Querdenken mit System Ideen, Konzepte, Entwicklungen für Ihr neues Produkt Seite 26

27 ras materials GmbH - your scientific partner for the innovation process Sprechen Sie uns an! ras materials GmbH Nußbergerstraße 6 b Regensburg Tel.: 0941/ Fax: 0941/ Mail: [email protected] Home: Seite 27