Nanodyn

Mit dem Ziel, mikro- und nanoskalig strukturierte Schichten zu entwickeln, um die Benetzungseigenschaften von Oberflächen zu steuern, haben sich zwei Forschungsinstitute und vier Industrieunternehmen in dem Verbundprojekt NANODYN zusammengeschlossen. Während sich die Universität Bremen mit der Simulation strukturierter be- und entnetzender Oberflächen beschäftigt, unterstützt das Fraunhofer IGB das Vorhaben durch die Entwicklung neuer Plasmamodifikationen, die Herstellung der Oberflächenstrukturierungen sowie eine gezielte Analytik der erzeugten Strukturen.

Mikro- und nanostrukturierte Oberflächen weisen geordnete Strukturen bis zu einer Größenordnung von nur wenigen Nanometern auf. Die Strukturierung der Oberflächen beeinflusst neben den chemischen Eigenschaften die Benetzungseigenschaften. Beides, sowohl die Chemie der Oberfläche als auch die Topographie, kann durch eine Plasmabeschichtung gezielt auf die Anwendung abgestimmt werden. Mittels einer speziellen Maskentechnologie können die Strukturen auch auf Kunststofffolien, die als Rollenware vorliegen, aufgebracht werden. Die Eishaftung auf den modifizierten Oberflächen wird in einer Eiskammer, in welcher die Temperatur und Luftfeuchtigkeit gezielt eingestellt werden, über die Eisbildung (Icing) und die Enteisung (De-Icing) untersucht.

Die Vielfältigkeit der Anwendungsfelder, in denen die neue Technologie zum Einsatz kommen soll, lässt sich gut an den beteiligten Unternehmen ablesen. So erhofft sich der Wälzlagerhersteller Cerobear, die Ressourceneffizienz bei der Produktion und die Laufzeiten der Wälzlager in der Anwendung zu steigern. Für ROWO Coating sind Effizienzsteigerungen von Interesse, die durch die Beschichtung von Folienmaterial erreicht werden können. Aus einem ganz anderen Bereich kommt die EADS Surface Technology, die sich von der Plasmastrukturierung eine Minimierung der Eisbildung an Flugzeugflügeln verspricht. Die Einbindung des Anlagenherstellers PINK Thermosysteme stellt sicher, dass die neue Beschichtungstechnologie tatsächlich auch im Serienmaßstab umsetzbar ist.

In beschichteten Wälzlagern konnte durch die Plasma-Oberflächenbeschichtung die Reibung um bis zu 30 Prozent reduziert werden. Auf Textilien und Kunststofffolien konnten wir die Benetzungseigenschaften gezielt von hydrophil bis super-hydrophob einstellen. Dies erlaubt, neuartige Sensoren für beispielsweise Luftfeuchte, Temperatur oder elektrische Spannung in die beschichteten Textilien einzuarbeiten. Ohne die Funktionalisierung der Textilien würden die Sensoren sehr träge oder nicht ausreichend lange funktionieren. Für die Luftfahrt haben wir plasmafunktionalisierte nanostrukturierte PU-Folien entwickelt. Im Vergleich zu unbeschichteten Folien konnte die Eishaftung auf plasmabeschichteten PU-Folien um über 90 Prozent reduziert werden.

Die entwickelten Oberflächenfunktionalisierungen werden Anwendung in einer Vielzahl von Produkten finden wie in Wälzlagern für die Lebensmittelindustrie oder be- und entnetzenden Sensor-Textilien. Plasmafunktionalisierte Kunststofffolien mit veränderten Benetzungseigenschaften können auf Flugzeugflügel geklebt werden, um die gefährliche Oberflächenvereisung zu verringern oder zu unterbinden. Darüber hinaus eignen sie sich auch für Windkrafträder, auf Solarpanelen und bei Gebäuden, deren Oberflächen von Schnee und Eis freigehalten werden sollen.