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Projekte - Detailansicht

B05 - Funktionalisierte Oberflächen und Multischichtsysteme

Leitung:Prof. Ristau
Bearbeitung:Melanie Gauch
Laufzeit:2013-2016
Förderung durch:DFG

Das Ziel dieses Teilprojektes ist die Herstellung von flexiblen Schutzschichten. Diese Schutzschichten können sowohl auf einzelne Komponenten als auch auf die gesamte Folie aufgebracht werden. 

Eine große Herausforderung besteht darin, Schichten aufzubringen, die sehr widerstandsfähig, aber gleichzeitig flexibel sind und auf den Polymeren haften. Oxidische Materialien bieten diese Schutzfunktion, sie sind allerdings meistens zu spröde und haften generell schlecht auf Polymeren. Eine mögliche Lösung stellen kontinuierliche Übergänge vom Polymer zum Oxid dar [siehe Abb. 1].

 Realisiert wird die Herstellung solcher Übergänge mit dem Ionenstrahlzerstäubungsverfahren (Ion Beam Sputtering: IBS). Die Ionenstrahlzerstäubung ist in der optischen Dünnschichttechnologie bei der Herstellung von komplexen oxidischen Schichtsystemen durch ihr bisher von anderen Verfahren unerreichtes Qualitätsniveau bekannt geworden. Das grundlegende Prinzip beruht auf der Abstäubung des Beschichtungsmaterials von einem Target durch einen Argon-Ionenstrahl und der anschließenden Deposition des freigesetzten Materials auf einen Träger (z.B. Glas oder Folie).

 Die geometrischen Freiheitsgrade des IBS-Verfahrens ermöglichen insbesondere den Einsatz von Zonentargets aus zwei angrenzenden Materialien, mit denen eine Kodeposition mit kontinuierlicher Variation der Schichtzusammensetzung durch einfache Positionierung im Ionenstrahl erreicht werden kann [siehe Abb. 2]. Während das Verfahren für oxidische Materialien bereits ausgiebig optimiert wurde, steht es für Polymere am Anfang seiner Entwicklung.

Im Rahmen des Teilprojektes B05 wurde diese Problematik aufgegriffen und  das IBS-Verfahren für die Deposition verschiedener Polymere untersucht. So konnten beispielsweise mittels IBS von einem Polytetrafluorethylen (PTFE) Target transparente Schichten mit einem Brechungsindex von ca. 1,38 hergestellt werden. Im Gegensatz zum PTFE-Ausgangsmaterial, welches aufgrund der quasi-kristallinen Struktur eine annähernd 100 % Lichtstreuung aufweist, sind die gesputterten PTFE Schichten amorph und optisch verlustarm. Mit Blick auf ihren niedrigen Brechungsindex sind die Schichten auch für Beschichtungsanwendungen in der klassischen Optik interessant.

Die gesputterten PTFE Schichten sind sehr weich und haben einen sehr geringen mechanischen Schichtstress. Dies geht naturgemäß einher mit einer niedrigen mechanische Stabilität und Kratzfestigkeit. Um die Schutzwirkung zu verbessern, wurde erstmalig PTFE mittels IBS in Kombination mit einem Zonentarget mit Tantalpentoxid gemischt. 

 Ausgehend von reinem Ta2O5 mit einem Brechungsindex von 2, lässt sich der Brechungsindex bei gleichbleibender optischer Qualität durch Beimischung von PTFE auf 1,8 senken. Gleichzeitig wird der Schichtstress um einen Faktor von 4 reduziert, wodurch die Mischschichten kompatibel zu Polymersubstraten werden [siehe Abb. 3].

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