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
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
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
Verfahrenskombination Schichtaufbau Pyrosil-Schicht R a = 3,20 nm Sol-Gel-Schicht R a = 0,38 nm Kombinationsschicht R a = 1,91 nm 4
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 [%] 100 80 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 06.04.2017 Holz Sol INNOVENT Technologieentwicklung Sol/Zn Sol/Cu www.innovent-jena.de Sol/Ag Sol/H3BO3 Thüringer Werkstofftag 2017 5
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)] 16 12 8 4 0 0,3 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
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 0,5 60 40 20 0,4 Absorption 80 0 PA Sol1 Sol2 P25 0,3 PA Pilkington Activ als Bezug 0,2 0,1 0,0 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Aktivität von Sol2 nahezu mit der von P25 vergleichbar Wellenlänge [nm] 06.04.2017 INNOVENT Technologieentwicklung www.innovent-jena.de Thüringer Werkstofftag 2017 7
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] 50 40 30 20 10 0 Wert Null für weitere Versuche verwendet Al PE-CVD/ZS1 Sol/ZS1 Sol/ZS2 Sol/ZS3 Klebstoff beschichtetes Substrat Druckscherkraft Stempel 8
Schichteigenschaften Visualisierung transparenter Schichten 0,25 wt% 0,13 wt% homogene Beschichtung unbeschichtet inhomogene Beschichtung Einbringung von fluoreszierenden Partikeln ermöglicht Gütebewertung 9
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
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
Danksagung Mein besonderer Dank gilt: Sven Gerullis Carmen Marschner Marion Homuth Bereich Analytik 12
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! INNOVENT e.v. Technologieentwicklung Pruessingstrasse 27B 07745 Jena www.innovent-jena.de Wolfgang Hering Wissenschaftlicher Mitarbeiter Bereich OFT Tel. 03641 2825-81 E-Mail WH1@innovent-jena.de 13