Konferenzen und Ausstellungen

Das Fraunhofer IST nimmt an der diesjährigen Fachtagung rund um die Dünnschicht-Oberflächentechnik im Rahmen der begleitenden Industrieausstellung teil. Der thematische Fokus der V2019 liegt auf der Plasma- und Vakuumtechnik für die Oberflächenveredlung in den Bereichen Energie, Bio und Medizin, Optik, Werkzeuge und Bauteile sowie Atomic Layer Deposition (ALD).

Dr. Volker Sittinger, Leiter der Abteilung Chemische Gasphasenabscheidung am Fraunhofer IST engagiert sich als Mitglied des Programmkomittees der Veranstaltung. Darüber hinaus beteiligt sich das Fraunhofer IST am wissenschaftlichen Programm der Konferenz mit folgenden Beiträgen:

Dienstag, 8. Oktober 2019

Eröffnung der V2019 inkl. Plenarvortrag

»Nachhaltigkeit in der Oberflächentechnik durch Industrie 4.0 und Life Cycle Engineering«

10:00 – 11:00 Uhr 

Prof . Ing. Christoph Herrmann

Workshop 1 - Energie

17:00 - 17:30 Uhr

»Entwicklung elektrochromer Materialien«

Dr. Stephan Ulrich

Elektrochrome Systeme werden zum Schalten des Lichtdurchgangs verwendet. Verbreitete Anwendungen hierfür sind Gebäudeverglasungen, dimmbare Rückspiegel und Sonnendächer im Automobilbereich. Als aktive Materialien, die ihre Transmission bei Interkalation von Lithium-Ionen ändern, sind hierbei überwiegend eine Reihe von binären Oxide von Übergangsmetallen bekannt. Diese sind oftmals jedoch gesundheitsgefährdend, bspw. NiO oder teuer, RhO₄, IrO₂. Darüber hinaus ist die Erfüllung einer Reihe weiterer Kriterien notwendig oder erwünscht: Hohes und reversibles Interkalationsvermögen für Lithium, hoher Hell-/Dunkel-Schalthub, neutraler Farbeindruck in Transmission und Reflexion im Hell- und Dunkelzustand, mit dem jeweiligen Elektrolyten kompatibler Schalt-/Spannungsbereich, mit kostengünstigen Großflächenbeschichtungsverfahren bei Raumtemperatur herstellbar. Im Rahmen des Verbundprojekts »Smart Windows der 2. Generation ´ECWin2.0´« wurden am Fraunhofer IST daher neuartige elektrochrome Materialien auf Mischoxidbasis erforscht. Beispiele derartiger Materialien und ihrer erreichten elektrochromen Eigenschaften werden im Vortrag präsentiert. Hierunter TiNb₂O₇, welches im Batteriebereich als neuartiges Anodenmaterial bekannt ist. Hierfür konnte erstmalig die Fertigung als Schicht und die Eignung als elektrochromes Material gezeigt werden.

Workshop 2 - Bio & Medizin

17:00 - 17:30 Uhr

»Funktionale Beschichtungen mittels Plasmajet auf 3D-gedruckten Polymerstrukturen«

Dr. Thomas Neubert

Ein innovativer Ansatz zur medizinischen Behandlung von fehlenden Knochenfragmenten ist die Implantation von 3D-gedruckten porösen Gerüststrukturen, sogenannte Scaffolds, aus biologisch abbaubaren Polymeren auf der Basis von Polyethylenoxidterephthalat-Polybutylenterephthalat-Copolymer, kurz: PEOT-PBT. In den Hohlräumen der individuell gefertigten Strukturen können sich neue Knochenzellen aufbauen, während die Struktur selbst mit der Zeit im Körper abgebaut wird. Um die Adhäsion und das Wachstum der neu gebildeten Knochenzellen auf der Scaffoldoberfläche zu verbessern, wurde im EU-Projekt „FAST“ (project-fast.eu, grant agreement No 685825) untersucht, wie die Polymerscaffolds während des 3D-Druckvorganges mittels chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) beschichtet und deren Oberflächenchemie modifiziert werden können. Zum Einsatz kam hierfür am Fraunhofer IST ein auf einem Roboter montierter Atmosphärendruckplasmajet. Hiermit wurde der Einfluss wichtiger Prozessparameter (duty cycle, Substrattemperatur, Arbeitsgasfluss, Strukturdichte) auf die Schichtabscheidung für verschiedene Precursoren untersucht.

Wichtige Ergebnisse der Untersuchungen waren Erkenntnisse über das Aufwärmverhalten der Polymerstrukturen durch den Plasmajet bei der Beschichtung. Hier zeigte sich, dass der Beschichtungsprozess kompatibel zu dem 3D-Druckprozess durchgeführt werden kann. Mittels Aminopropyltrimethoxysilan (APTMS) als Precursor konnten zudem Schichten mit nukleophilen Gruppen abgeschieden und durch Derivatisierung mit 4-(Trifluoromethyl)benzaldehyd (TFBA) nachgewiesen und vermessen werden. Hier scheinen insbesondere niedrige duty cycle-Werte (zwischen 5-20 %) und moderat erhöhte Substrattemperaturen (um 70 °C) vorteilhaft zur Erzielung hoher nukleophiler Gruppendichten zu sein. Mit Mischungen aus Maleinsäureanhydrid (MSA) und Vinyltrimethoxysilan (VTMOS) als Precursorgas konnten ferner Schichten mit elektrophilen Gruppen abgeschieden werden. Hier spielt insbesondere das Mischungsverhältnis von MSA und VTMOS eine wichtige Rolle für die Stabilität der Schichten in wässrigen Medien. Der Prozessgasfluss und der Winkel des Plasmajets zur Scaffoldstruktur haben außerdem einen großen Einfluss auf das Eindringverhalten der Beschichtung in die porösen Scaffoldstrukturen. Besiedlungsversuche von beschichteten Polymeroberflächen mit Stammzellen (hMSCs) zeigten ein deutlich verbessertes Zellwachstum für die APTMS-Beschichtungen im Vergleich zu unbehandelten Polymeroberflächen.