Mikro- und Nanostrukturierung

Oberflächenstrukturierungen zur Einstellung der Benetzungs- und Adhäsionseigenschaften

Wassertropfen auf strukturiertem und hydrophob beschichtetem ABS.
© Fraunhofer IFAM

Wassertropfen auf strukturiertem und hydrophob beschichtetem ABS.

EFTEM-Aufnahme der Infiltration eines Epoxids in eine laserinduzierte Ti-Nanostruktur
© Fraunhofer IFAM

EFTEM-Aufnahme der Infiltration eines Epoxids (gelb) in eine laserinduzierte Ti-Nanostruktur.

Die Oberflächenstruktur eines Bauteils hat einen großen Einfluss auf dessen Eigenschaften. Neben offensichtlichen Änderungen des optischen Erscheinungsbildes kann eine Oberfläche auf Mikro- und Nanometerskala derart modifiziert werden, dass sich ihre Benetzungs- bzw. Adhäsionseigenschaften ändern.

Beispielsweise wird durch eine Mikro- und Nanostrukturierung für die Lack- und Klebstoffanhaftung eine vergrößerte Oberfläche zur Verfügung gestellt. In Kombination mit einer spezifischen Aktivierung sind hohe Adhäsionskräfte möglich, welche durch eine strukturbedingte Verklammerung auch unter wechselnden klimatischen Bedingungen stabil bleiben.

In Kombination mit einer hydrophoben Ausrüstung können anschmutzungsarme, superhydrophobe Oberflächen (ähnlich dem Lotuseffekt) erzeugt werden. Diese können Verwendung finden für Anti-Eis-Effekte oder auch zur Separation von Flüssigkeitsgemischen.

Auch hydrophile sowie superhydrophile Oberflächenausrüstungen sind so herstellbar. Dadurch eröffnet sich beispielsweise die Möglichkeit eines gerichteten bzw. beschleunigten Flüssigkeitstransportes oder auch die Erzeugung von Anti-Fog-Eigenschaften.

Darüber hinaus ermöglichen strukturierte Bauteiloberflächen eine gezielte Veränderung der Reib- und Verschleißeigenschaften. Beispielsweise ist es möglich, in geschmierten Systemen frühzeitig in den Bereich der Hydrodynamik zu gelangen. Haptische Veränderungen, aber auch die effektive Herstellung katalytischer Oberflächen sind weitere potenzielle Anwendungsgebiete. In der Natur finden sich immer wieder verblüffende Phänomene für Mikro- und Nanostrukturierungen, welche Ansätze für die Entwicklung technischer Produkte bieten können.

Forschungsarbeiten zum Thema Mikro- und Nanostrukturierungen

Wassertropfen auf Wärmetauscher mit superhydrophober Beschichtung.
© Fraunhofer IFAM

Wassertropfen auf Wärmetauscher mit superhydrophober Beschichtung.

Ein anwendungsübergreifender Forschungs- und Entwicklungsaspekt des Fraunhofer IFAM ist es, Strategien und Lösungen zu entwickeln, um die Stabilität der jeweiligen Funktionsstruktur (Mikro- und Nanostruktur) sicherstellen zu können.

Die Wissenschaftler am Fraunhofer IFAM beschäftigen sich einerseits mit der werkstoffspezifischen Verfahrenstechnik zur Oberflächenstrukturierung. Hierfür werden verschiedene Plasmaverfahren oder die Lasertechnologie angewandt. Andererseits steht die strukturabbildende Funktionalisierung (z.B. mittels Dünnschichtbeschichtungen) im Entwicklungsfokus. Eine Vielzahl von Technologien und Erfahrungen stehen zur Verfügung und können bedarfsgerecht kombiniert werden, so dass bauteil- und materialspezifische Lösungen eröffnet werden. Deren Auswahl wird unter Berücksichtigung einer kostengünstigen Serienfertigungsmöglichkeit vorgenommen.

 

Vorteile:

  • Benetzungsverhalten und Adhäsionseigenschaften einstellbar
  • Breite Technologiebasis für die Anwendung auf verschiedenen Werkstoffen
  • Gezielte Anpassung der Oberflächeneigenschaften durch Mikro- und/oder Nanostrukturen
  • Aufskalierbare Prozesse für industrielle Anwendungen

Technologien:

 

Mikro- und Nanostrukturierung - Veröffentlichungen