Projektbearbeitung: Alexander Kockmann
Die Herstellung von nanopartikulären Beschichtungen gewinnt für viele Anwendungen immer stärker an Bedeutung. Die anwendungstechnischen Eigenschaften der Beschichtungen hängen außer von den Materialeigenschaften stark von den zugrunde liegenden Strukturen ab. Neben den Eigenschaften der Nanopartikel selbst haben vor allem die nachfolgenden Prozessschritte wie Formulierung und Verarbeitung maßgeblichen Einfluss auf die Strukturbildung und damit die Schichteigenschaften. Die Ausbildung und Änderung dieser Strukturen und die sich daraus ergebenden Schichteigenschaften sind bislang nur punktuell untersucht. Ziel des Projektes ist daher die systematische Untersuchung des Einflusses der relevanten Parameter der einzelnen Prozessschritte auf die mechanischen Eigenschaften einer nanopartikulären Beschichtung. Beispielhaft wird ein repräsentativer Laborprozess betrachtet, in dem rein aus Nanopartikeln bestehende Dünnschichten durch Tauchbeschichtung hergestellt werden. Dabei wird der Einfluss des Herstellprozesses sowie der Formulierung auf den dispersen Zustand genauso wie die gezielte Variation der Oberflächenchemie und Vernetzung und ihr Effekt auf die mechanischen Schichteigenschaften untersucht. Durch die Erarbeitung von Prozess-Eigenschafts- und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sollen möglichst allgemeingültige Zusammenhänge für die Schichtbildung gefunden und eine gezielte Einstellung der Schichteigenschaften ermöglicht werden.
Abbildung 1: Model der chemischen Dispergierung von Nanopartikel
Der Bereich Nanomaterialien beschäftigt sich hier mit der chemischen Dispergierung von selbst hergestellten TiO2 und Al2O3-Nanopartikeln, welche auf einer Oberflächenmodifizierung der Partikel basiert. Hierfür werden organische Kleinmoleküle wie zum Beispiel Alkohole, Amine, Carbonsäuren, Catechole, Silane und Phosphate mit einem Molekulargewicht < 500 g/mol verwendet. Die sogenannte Kleimolekülstabilisierung der Nanopartikel wird in der AG intensiv untersucht (folgen Sie den Link für weitere Information). Im Anschluss an die chemische Dispergierung soll der Effekt der Oberflächenmodifizierung auf die Struktur sowie die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Schichten untersucht werden. Dabei sollen funktionelle Gruppen auf der Partikeloberfläche platziert werden, die zu einer kontrollierten Vernetzung zwischen den schichtbildenden Partikeln sowie den Partikeln mit dem Substrat führen und so die mechanischen Eigenschaften der Schichten erheblich verbessern.
Abbildung 2: Effekt der Stabilisatormenge auf die Struktur einer nanopartikulären Dünnschicht