Plasmaverfahren

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Die Plasmatechnik ist heute eines der wichtigsten Werkzeuge zur Herstellung hochwertiger dünner Schichten und folglich Schlüssel für innovative Oberflächen oder neue Produkte. So setzen wir am Fraunhofer IGB insbesondere Plasmaprozesse für die Behandlung von Oberflächen ein. Die zum Einsatz kommenden Plasmen sind so genannte Niedertemperatur-Plasmen im Gasdruckbereich vom Feinvakuum bis hin zu Subatmosphärendruck. Verwendung solcher Plasmen ermöglicht uns eine schonende und kontrollierte Prozessführung.

Mit diesen Techniken können wir Oberflächen abtragen (z. B. reinigen) oder auch chemische Funktionen aufbringen (Funktionalisierung). Es können auch dünne Schichten aufpolymerisiert werden (z. B. Kratzschutzschichten). Die individuelle Einstellung von Gaszusammensetzung, Energieeintrag und weiteren Prozessparametern ermöglicht ein breites Spektrum chemischer, physikalischer und biologischer Oberflächenmodifikationen.

Forschungsthemen

  • Funktionale Schichten und Oberflächen durch Plasmatechnik
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  • Haftungsverbesserung durch Plasmabehandlung
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  • Anti-Eis-Beschichtungen
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  • Plasmatechnologie zur Erhaltung des kulturellen Erbes
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  • Mikroplasmen zur Modifizierung englumiger Strukturen aus thermolabilen Materialien
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  • Plasmasterilisation für thermolabile Materialien
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  • Plasma-Feinreinigung von Metalloberflächen
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  • Entwicklung effizienter Plasmaprozesse durch Optimierung der Prozessführung
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  • Plasmabehandlung zur Veredelung technischer Textilien
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  • Plasmachemische Modifizierung von Membranen
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Wissenswertes

  • Was sind Plasmen und wie wirken sie?
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  • Vorteile des Plasmaverfahrens und besondere Eigenschaften von Plasmaschichten
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  • Wirtschaftlichkeit von Plasmaprozessen
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  • Umweltaspekte der Plasmatechnik
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  • Welche Materialien und Geometrien eignen sich zur Plasmabehandlung ?
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Projekte

  • Innofunk – Barrierewirkung und verbesserte Restentleerbarkeit von Kunststoffbehältern
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  • Endoplas − Inaktiviernde Mikroplasmen zur Sterilisation im Lumen von medizinischen Instrumenten
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  • Nanodyn: Verminderte Reibung und Eishaftung – Optimierung durch Plasmatechnik
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  • Schaltbare Biomaterialoberflächen: nano-strukturierte Anatas-Implantatoberflächen mit dynamischen Antifouling-Eigenschaften
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  • Waterplasma − Dekontamination von persistenten xenobiotischen Kontaminationen in Abwasser durch Einwirkung von Atmosphärendruckplasma
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  • Anwendungsbeispiel: Verbesserung der Haftung von Kupfer auf Polyimidfolien
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Leistungen

Am Fraunhofer IGB werden Oberflächen zur gezielten Anpassung der Eigenschaften zunächst eingehend charakterisiert, um im zweiten Schritt mit verschiedenen Modifizierungs- und Beschichtungstechniken funktional ausgerüstet zu werden. Eine Vielzahl von Aufgabenstellungen bewältigen wir am Fraunhofer IGB durch den Einsatz der Niederdruckplasmatechnik, teilweise in Kombination mit nasschemischen Verfahren.

  • Prozessentwicklung zur Plasmamodifizierung von Oberflächen (Pulver, Fasern, Flächen und Formkörper)
  • Schichtentwicklung
    • Kratzschutz-, Abriebschutzschichten
    • Erzeugung eines Haftvermittlers oder Haftverhinderers
    • Korrosionsschutzschichten
    • Barriereschichten (z. B. sauerstoffundurchlässig)
  • Funktionalisierung von Oberflächen
    • Biofunktionalisierung
    • Chemische Funktionalisierung
  • Entwicklung von Plasma-Reinigungsprozessen
  • Entwicklung von Plasma-Sterilisationsprozessen
  • Oberflächen- und Schichtcharakterisierung
  • Geometrie, Morphologie, Rauhigkeit
  • chemische Zusammensetzung, biologische Eigenschaften
  • Grenzflächenenergie, Haftung
  • Verfahrens- und Anlagenentwicklung
  • Upscaling von Laborprozessen
  • Beratung, Beurteilung und Machbarkeitsstudien zur Etablierung von Plasmaverfahren als technologische Alternative
  • Patent- und Literaturrecherchen zu Themen der Plasmatechnologie
  • Musterbeschichtungen
    Benötigen Sie eine Musterbeschichtung? Wir realisieren Beschichtungen im Labormassstab auf einer Fläche von bis zu DINA3 für Sie. Bitte sprechen SIe uns an, die Kontaktdaten finden Sie im Kasten links.

Ausstattung

Wir verfügen über eine Reihe von Anlagen, um verschiedene plasmachemische und -physikalische Prozesse hauptsächlich im Nieder- und Subatmosphärendruckplasmen (0,01 bis 300 mbar) durchzuführen und weiterzuentwickeln. Vereinzelt arbeiten wir auch mit Plasmaverfahren bei Atmosphärendruck. Neben kommerziell erhältlichen Anlagen (z. T. modifiziert) sind eigene Konstruktionen vorhanden. Für besondere Probengeometrien und Prozessanforderungen können wir schnell geeignete Reaktoren bauen und sie mit vorhandenen Anlagenkomponenten (Prozessgas-, Fluss- und Druckreglern, Vakuumkomponenten, Hochfrequenz-Generatoren) zu Labor- oder Technikumsanlagen zusammenstellen.

  • Anlagen zur Oberflächenbehandlung in Vakuum
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  • Plasmadiagnostik: Einblick in das physikalisch-chemische Geschehen
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  • Oberflächenanalytik
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Broschüren, Produktblätter, Poster

Publikationen

Ausgewählte Publikationen zum Thema Oberflächenfunktionalisierung mittels Plasmaprozessen:

  • M. Haupt, J. Barz, U. Vohrer, H. Hilgers, Ch. Oehr, Fluorocarbon nano coatings for specific surface functionalization, NanoS 2006, 1, 23.
  • M. Haupt, J. Barz, U.Vohrer, Ch. Oehr, Niederdruckplasmaprozesse zur gezielten Funktionalisierung von Grenz- und Oberflächen, Jahrbuch der Oberflächentechnik 2006, 149.
  • J. Barz, M. Haupt, U. Vohrer, H. Hilgers, Ch. Oehr, Ultrathin carbon-fluorine film processing, Surface & Coatings Technology 2005, 453.
  • M. Haupt, J. Barz, Ch. Oehr, Creation and Recombination of Free Radicals in Fluorocarbon Plasma Polymers: An Electron Spin Resonance Study, Plasma Processes and Polymers 2008, 33.
  • U. Vohrer, Plasma Functionalisation of Technical Textiles for Biomedical Applications, NanoS 2007, 18.
  • J. Barz, M. Haupt,. K. Pusch, M. Weimer, Ch. Oehr, Influence of Fluorocarbon Plasma Polymer Films on the Growth of Primary Human Fibroblasts, Plasma Process and Polymers 2006, 540.

Ausgewählte Publikationen zur Theorie:

  • C. Köhler, Th. Frauenheim, Molecular dynamics simulations of CFx (x=2,3) molecules at Si3N4 and SiO2 surfaces, Surf. Sci., 600:453, 2006.
  • J. M. Knaup, C. Köhler, M. Hoffmann, Th. Frauenheim, Ab initio simulation of interface reactions as a foundation of understanding polymorphism, Eur. Phys. J. Special Topics, 149:127, 2007.

Ausgewählte Publikationen zum Thema Funktionalisierung von Rollenware:

  • FKZ 03N8022D Teilvorhaben: »Nanofunktionalisierung auf Polymerfolien, -vliesstoffen und -geweben für den Architekturbereich«
  • B. Kindle-Hasse, Barz: »Funktionale Beschichtung von Folien und technischen Textilien«, Otti Seminar Dez. 2006.
  • G. Grundmeier: Funktionalisierung von Stahloberflächen mit dünnen Plasmapolymerschichten, Galvanotechnik, S. 2720, 11/2005.