Dünnhäutig und sensibel

Je dünnhäutiger, desto sensibler – was auf Menschen zutrifft, soll auf die Technik übertragen werden. Ultradünne Beschichtungen haben hohes Forschungspotenzial, denn die Nachfrage in der Optoelektronik, Photonik und Sensorik wächst.

„Halle 14“ ist die Adresse des Metallographie-Labors auf dem Campus der Technischen Hochschule Wildau. Hinter den alten Mauern der denkmalgeschützten Industriehalle wird für die Zukunft geforscht – Industrie 4.0. Welche Rolle spielt die Werkstoffforschung dabei? „Eine neue Generation intelligenter Roboter soll die Arbeitswelt und das Leben leichter machen“, sagt Sigurd Schrader. „Wie sensibel diese Systeme sind, hängt von den Sensoren ab, die in ihnen verbaut werden. Viele erhalten eine extrem dünne Beschichtung. Je dünner man diese Schichten fertigen kann, umso präziser arbeiten die Bauteile.“

Sigurd Schrader ist Professor an der TH Wildau und leitet die Arbeitsgruppe „Photonik, Laser- und Plasma-Technologien“. Die sogenannte elektronenaktivierte Vakuum-Deposition (EVD) ist – den Testergebnissen von Schraders Team nach – eine neue Möglichkeit zur ultradünnen Beschichtung. Vereinfacht ausgedrückt: Die Wildauer Forscher entwickeln ein neuartiges Verfahren, in dem feste Substrate, zum Beispiel Sensoren, im Vakuum mit Polymeren beschichtet werden. Wobei sich schon bei kleinsten Schichtdicken von wenigen Nanometern ein geschlossener Film auf der Oberfläche bildet. Obwohl so hauchdünn, soll diese Schicht ein hochwirksamer Schutz gegen Feuchtigkeit, Sauerstoff, aggressive Medien oder Schadstoffe sein. Physiker Sigurd Schrader und die Chemikerin Birgit Dietzel von der Technischen Hochschule Wildau leiten das EVD-Forschungsprojekt, das das Bundesforschungsministerium im Rahmen des „WK Potenzial“-Programms fördert.

Stahlzylinder nach einem stark korrosiven Bad

Das EVD-Forschungsbündnis hat einen Versuchsreaktor gebaut, um sein neues Beschichtungsverfahren zu testen.

PRpetuum GmbH

Versuchsreaktor nimmt seine Arbeit auf

Wie man die Elektronenaktivierung in verschiedenen Beschichtungsprozessen optimal einsetzt, sei noch nicht bis ins Detail erforscht, sagen die Wissenschaftler und sind ganz gespannt auf die Arbeit mit ihrem Versuchsreaktor. Das Vakuumsystem mit Elektronenquelle wurde im zurückliegenden Jahr gemeinsam mit dem Bündnispartner SENTECH Instruments GmbH aus Berlin so weit entwickelt, dass sie damit jetzt Beschichtungen im Labormaßstab durchführen können.

Großes Interesse an den Testergebnissen hat die First Sensor AG aus Berlin. Das Unternehmen stellt Photodioden her, die zum Beispiel in Längen- oder Abstandsmesssystemen zum Einsatz kommen. Das neue EVD-Verfahren soll den Chips Funktionsschichten auftragen, die die Qualität der Sensorik verbessern und sie vor äußeren Einflüssen schützen – wie etwa beim Einsatz auf Autobahnbrücken oder in computergesteuerten Fräsmaschinen.

Die Prignitz Mikrosystemtechnik GmbH aus Wittenberge indes stellt Sensoren für die Druckmesstechnik her. Diese Sonden messen Pegelstände beispielsweise in Behältern und Rohren und müssen besonders korrosionsgeschützt sein. Das Unternehmen will zudem einen Multisensor auf den Markt bringen, dessen äußere Gehäusewand einen Lichtleiter enthält, der den pH-Wert messen kann. Auch dieser Lichtleiter braucht die Schutzbeschichtung.

Schutzschicht für Extrembedingungen

Für den Laien ein Zungenbrecher ist der Name des Beschichtungsmaterials, das für diese Anwendungen getestet wird: Polytetrafluorethylen. PTFE ist ein sehr widerstandsfähiger Kunststoff. Er brennt nicht, an ihm bleibt nichts haften, seine elektrischen Isoliereigenschaften sowie die chemische und Witterungsbeständigkeit sind ausgezeichnet. Jeder kennt diesen Kunststoff unter dem patentierten Industrienamen „Teflon“. Unter bestimmten Bedingungen im Vakuum lässt sich der Stoff auf alle möglichen festen Bauteile auftragen. So ließe sich eine neue Generation von Drucksensoren für den Einsatz unter Extrembedingungen realisieren – hat die Prignitz Mikrosystemtechnik GmbH schon als Idee für eine nächste Produktentwicklung.

Die Bündnispartner sind sich einig: Mit weiteren Forschungspartnern können sie den Schritt aus dem Labor hinaus wagen und sich neue Marktfelder erschließen.

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