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MaterialOberflächen - NanoFunktionalitäten MONaF

Aktuelle Ergebnisse auf dem Gebiet funktionalisierter Oberflächen und neuer Materialien, Neuigkeiten rund um Materialoberflächen!

Miriam Obermeier Liquid Glass Beschichtung für die Automobilbranche!
CrystalXtreme bietet heute seine Nanoversiegelung für die Windschutzscheibe für 40% weniger an! Endpreis liegt damit bei € 17,99.
Das Beste über diese Versiegelung ist, dass es ein DIY Produkt mit einer einfach Anwendung ist und für eine bessere Sicht bei schlechten Wetterbedingungen und eine einfach zu reinigende Oberfläche sorgt. Besonders in den kalte Wintermonaten sorgt die Versiegelung dafür, dass man morgens seine Zeit nicht mehr mit langwidrigen Eiskratzen verbringen muss und bei viel Schlamm und Dreck braucht man nicht lange um die Windschutzscheibe mit Wasser wieder zu reinigen.
Das Unternehmen bietet diese Versiegelung für das komplette Auto an!
Bernd Grünler Wissenschaftler am KIT haben einen Prozess für den 3D-Druck von Glas entwickelt
In 2015 wurde auf eindrucksvolle Weise ein additiver Fertigungsprozess für Glasbauteile am MIT in den USA vorgestellt. Beim 3D Glass Printing wird Glas auf eine so hohe Temperatur erhitzt, dass eine zähflüssige Schmelze entsteht. Anschließend erfolgt der schichtweise Auftrag zu Bauteilen mit einer eindrucksvollen Glasreflexion. Um die additive Fertigung auch in industriellem Maßstab für die Erstellung hochkomplexer Glasbauteile zu verwenden, hat ein Forscherteam um Dr. Bastian E. Rapp seit 2014 am KIT in Karlsruhe einen 3D Druckprozess für die Herstellung kleiner Serien mit komplexen Bauteilgeometrien auf Basis der Stereolithographie entwickelt.
Stereolithographie-Prozess mit Nanopartikeln von hochreinem Quarzglas
Dazu haben die Forscher dem flüssigen Kunstharz Nanopartikel von hochreinem Quarzglas beigemischt. Unter Einfluss von Licht wird dieses schichtweise ausgehärtet. Flüssig gebliebenes Material wird in einem Lösungsmittelbad herausgewaschen, so bleibt nur die gewünschte, ausgehärtete Struktur bestehen. Im Anschluss an den Druckvorgang wird das Harz in einer sich anschließenden Wärmebehandlung ausgetrieben, das Bauteil entsteht durch Sintern der Glaspartikel. "Die Form ähnelt zunächst einem Sandkuchen, sie ist zwar geformt, aber instabil, deshalb wird das Glas in einem letzten Schritt gesintert, also so weit erhitzt, dass die Glaspartikel miteinander verschmelzen", erklärt Rapp.
Die 3D-gedruckten Glasbauteile weisen Auflösungen im Bereich weniger Mikrometer auf. "Die Abmessung der Strukturen kann aber im Bereich mehrerer Zentimeter liegen", betont Rapp. Mit seinen besonderen Eigenschaften wie Transparenz, Säureresistenz und Hitzebeständigkeit eröffnen sich der Verwendung von Glas im 3D-Druck vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten. Rapp und sein Team denken an zahlreiche Einsatzgebiete in der Optik, der Datenübertragung und Biotechnologie. "Die übernächste Generation von Computern wird mit Licht rechnen, das erfordert komplizierte Prozessorstrukturen, mit Hilfe der 3D-Technik könnten beispielsweise kleine, komplexe Strukturen aus einer Vielzahl kleinster, unterschiedlich ausgerichteter optischer Komponenten hergestellt werden." Für die biologische und medizinische Technik ließen sich kleinste Analyse-Systeme aus Miniatur-Glasröhrchen fertigen. Zudem könnten 3D-geformte Mikrostrukturen aus Glas in unterschiedlichsten Anwendungsgebieten der Optik zum Einsatz kommen, vom Brillenglas mit besonderen Anforderungen bis zur Linse der Laptop-Kamera.
Die Entwicklung wird unter dem Namen Glassomer vermarktet.
Bernd Grünler Keine Chance für Keime - Neuartige Beschichtung für Glasoberflächen
Wissenschaftler der Industrieforschungseinrichtung INNOVENT e.V. haben in gemeinsamer Zusammenarbeit mit der Gerhard Fritz GmbH, eine neuartige Beschichtung für Oberflächen im Nassbereich entwickelt. Das geforderte Eigenschaftsprofil aus antikorrosiv und zudem antibakteriell wirkender hydrophiler Easy-to-clean-Beschichtung konnte durch eine Verfahrenskombination aus Flammenpyrolyse mit der Sol-Gel-Technik erlangt werden.
Der Kontakt von Glas mit Feuchtigkeit und Hitze lässt sich im Sanitärbereich kaum vermeiden. Allerdings kann diese Beanspruchung zu Glaskorrosion führen, welche als irreversible Trübung der Glasoberfläche wahrgenommen wird. Auf großen Flächen, wie z.B. Duschkabinen aus Glas, ist diese Veränderung besonders deutlich erkennbar. Zudem entstehen bei der Benutzung weitere Verschmutzungen durch Seifenreste und Kalkablagerungen. Die zur Reinigung verwendeten Mittel können das Glas wiederum schädigen.
Ein weiteres Problem, insbesondere im Gesundheitswesen, stellt zudem das hohe Infektionsrisiko an kontaminierten Oberflächen dar. Gerade in Krankenhausumgebungen ist dies mittlerweile eine ernst zu nehmende Problematik. Der momentane Stand der Technik lässt es zu, mithilfe entsprechender Beschichtungen Anhaftungen zu verringern und Glaskorrosion zu vermeiden. Eine zusätzliche Keimreduzierung, beispielsweise durch eine antimikrobielle Ausstattung der Oberflächen, würde einen wesentlichen Beitrag zur Senkung des Infektionsrisikos leisten.
Ziel dieses Forschungsprojektes war es daher, eine Kombinationsschicht (Abbildung 1) zu entwickeln, welche basierend auf dem aktuellen Stand der Technik neben antikorrosiven und easy-to-cleanen Eigenschaften auch eine bakterizide Wirkung erzielt. Es sollte dabei ein Verfahren genutzt werden, was unter Normaldruckbedingungen arbeiten kann und sich damit möglichst kosteneffizient gestaltet.
Die durchgeführten Untersuchungen zur Auswahl und Definition einer geeigneten Technologie zur Schichtapplikation zeigten, dass sich das geforderte Eigenschaftsprofil zielführend durch eine Kombination aus C-CVD (Combustion Chemical Vapor Deposition)- und Sol-Gel-Technik umsetzen lässt. Wie Abbildung 2 zu entnehmen ist, weisen die im ersten Schritt mittels C-CVD-Technik abgeschiedenen Pyrosil®-Schichten im Vergleich zu den gegenwärtig industriell eingesetzten Beschichtungen des Glasgroßhändlers eine verbesserte Korrosionsschutzwirkung auf.
Zur Generierung optimaler Korrosionsschutzeigenschaften ist ein Temperschritt während oder nach der Schichtapplikation erforderlich. Durch die Möglichkeit einer Kopplung mit dem Prozess des thermischen Vorspannens von Floatglas, welcher zur Herstellung von Einscheibensicherheitsglas (ESG) eingesetzt wird, ist kein zusätzlicher energieintensiver Verfahrensschritt erforderlich. Die sich anschließende Applikation eines antibakteriell ausgestatteten Sols mit easy-to-cleanen-Eigenschaften erfolgt praxistauglich mittels Sprühapplikation.
Die Entwicklung liefert damit einen wichtigen Beitrag in Richtung multifunktionaler Glasbeschichtung für den Nassbereich. INNOVENT verfolgt gemeinsam mit der Gerhard Fritz GmbH das Ziel neben den genannten Zieleigenschaften zudem eine ausreichende Langzeitstabilität der Kombinationsschicht zu gewährleisten.
Bernd Grünler Keine Chance für Keime – Neuartige Beschichtung auf Glasoberflächen für den Nassbereich
Wissenschaftler der Industrieforschungseinrichtung INNOVENT e.V. haben in gemeinsamer Zusammenarbeit mit der Gerhard Fritz GmbH, eine neuartige Beschichtung für Oberflächen im Nassbereich entwickelt. Das geforderte Eigenschaftsprofil aus antikorrosiv und zudem antibakteriell wirkender hydrophiler Easy-to-clean-Beschichtung konnte durch eine Verfahrenskombination aus Flammenpyrolyse mit der Sol-Gel-Technik erlangt werden.
Der Kontakt von Glas mit Feuchtigkeit und Hitze lässt sich im Sanitärbereich kaum vermeiden. Allerdings kann diese Beanspruchung zu Glaskorrosion führen, welche als irreversible Trübung der Glasoberfläche wahrgenommen wird. Auf großen Flächen, wie z.B. Duschkabinen aus Glas, ist diese Veränderung besonders deutlich erkennbar. Zudem entstehen bei der Benutzung weitere Verschmutzungen durch Seifenreste und Kalkablagerungen. Die zur Reinigung verwendeten Mittel können das Glas wiederum schädigen. Ein weiteres Problem, insbesondere im Gesundheitswesen, stellt zudem das hohe Infektionsrisiko an kontaminierten Oberflächen dar. Gerade in Krankenhausumgebungen ist dies mittlerweile eine ernst zu nehmende Problematik. Der momentane Stand der Technik lässt es zu, mithilfe entsprechender Beschichtungen Anhaftungen zu verringern und Glaskorrosion zu vermeiden. Eine zusätzliche Keimreduzierung, beispielsweise durch eine antimikrobielle Ausstattung der Oberflächen, würde einen wesentlichen Beitrag zur Senkung des Infektionsrisikos leisten.
Ziel dieses Forschungsprojektes war es daher, eine Kombinationsschicht (Abbildung 1) zu entwickeln, welche basierend auf dem aktuellen Stand der Technik neben antikorrosiven und easy-to-cleanen Eigenschaften auch eine bakterizide Wirkung erzielt. Es sollte dabei ein Verfahren genutzt werden, was unter Normaldruckbedingungen arbeiten kann und sich damit möglichst kosteneffizient gestaltet.
Die durchgeführten Untersuchungen zur Auswahl und Definition einer geeigneten Technologie zur Schichtapplikation zeigten, dass sich das geforderte Eigenschaftsprofil zielführend durch eine Kombination aus C-CVD (Combustion Chemical Vapor Deposition)- und Sol-Gel-Technik umsetzen lässt. Wie Abbildung 2 zu entnehmen ist, weisen die im ersten Schritt mittels C-CVD-Technik abgeschiedenen Pyrosil®-Schichten im Vergleich zu den gegenwärtig industriell eingesetzten Beschichtungen des Glasgroßhändlers eine verbesserte Korrosionsschutzwirkung auf. Zur Generierung optimaler Korrosionsschutzeigenschaften ist ein Temperschritt während oder nach der Schichtapplikation erforderlich. Durch die Möglichkeit einer Kopplung mit dem Prozess des thermischen Vorspannens von Floatglas, welcher zur Herstellung von Einscheibensicherheitsglas (ESG) eingesetzt wird, ist kein zusätzlicher energieintensiver Verfahrensschritt erforderlich. Die sich anschließende Applikation eines antibakteriell ausgestatteten Sols mit easy-to-cleanen-Eigenschaften erfolgt praxistauglich mittels Sprühapplikation.
Die Entwicklung liefert damit einen wichtigen Beitrag in Richtung multifunktionaler Glasbeschichtung für den Nassbereich. INNOVENT verfolgt gemeinsam mit der Gerhard Fritz GmbH das Ziel neben den genannten Zieleigenschaften zudem eine ausreichende Langzeitstabilität der Kombinationsschicht zu gewährleisten.
Die Industrieforschungseinrichtung INNOVENT e.V. analysiert, forscht und entwickelt seit fast 25 Jahren in den Bereichen Oberflächentechnik, Magnetisch-Optische Systeme und Biomaterialen. Das Institut aus Jena beschäftigt etwa 130 Mitarbeiter, leitet verschiedene Netzwerke und führt bundesweit Fachtagungen durch. INNOVENT ist Gründungsmitglied der Deutschen Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
INNOVENT e.V.
Dr. Bernd Grünler
E-Mail: bg@innovent-jena.de
Bernd Grünler Glas wie Kunststoff bearbeiten
Reines Quarzglas ist hoch transparent und sehr resistent gegenüber thermischen, physikalischen und chemischen Einwirkungen – optimale Voraussetzungen für den Einsatz in der Optik, der Daten- oder Medizintechnik. Für eine effiziente und qualitativ hochwertige Bearbeitung fehlen jedoch geeignete Verfahren. Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben eine Formgebungstechnik entwickelt, mit der sie Quarzglas wie Kunststoff strukturieren können.
„Hochreines Quarzglas und seine hervorragenden Eigenschaften mit einer einfachen Technologie zu dessen Strukturierung zu verbinden, ist seit jeher eine riesen Herausforderung“, erklärt Dr. Bastian E. Rapp, Leiter der interdisziplinären Forschergruppe NeptunLab am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT. Für die industrielle Glasbearbeitung entwickeln Rapp und sein Team neue Verfahren. „Statt Glas auf bis zu 800 Grad Celsius zu erhitzen und dann in Form zu bringen oder Teile von Glasblöcken mittels Laserbearbeitung oder Ätzen zu strukturieren, setzen wir an den kleinsten Glas-Teilchen an“, berichtet der Maschinenbauingenieur. Die Wissenschaftler rühren Glaspartikel in der Größe von 40 Nanometern in flüssigen Kunststoff ein, formen das Gemisch wie „einen Sandkuchen“ und härten es durch Erwärmung oder Belichtung zu einem Feststoff aus, der zu 60 Prozent aus Glaspartikeln und zu 40 Prozent aus Kunststoffpartikeln besteht. Die Polymere wirken dabei wie ein Kleber, der die Glaspartikel an der richtigen Stelle festhält und so die Form fixiert.
Dieses „Glassomer“ kann wie ein herkömmlicher Kunststoff gefräst, gedreht, gelasert, oder auch in CNC-Maschinen bearbeitet werden. „Wir öffnen die gesamte Bandbreite der Polymerumformtechnik für Glas“, betont Rapp. Für die Herstellung von hochleistungsfähigen Linsen, die unter anderem in Smartphones zum Einsatz kommen, fertigen die Wissenschaftler zum Beispiel eine Stange aus Glassomer, aus der sie die Linsen heraus drehen. Für ein hochreines Quarzglas müssen sie die Polymere im Komposit wieder entfernen. Hierfür werden die Linsen in einem Ofen bei 500 bis 600 Grad Celsius erhitzt. Der Kunststoff verbrennt dabei vollständig zu CO2. Um die hierbei entstehenden Lücken im Material zu schließen, werden die Linsen bei 1300 Grad Celsius gesintert, ein Prozess, bei dem sich die verbleibenden Glaspartikel zu porenfreiem Glas verdichten.
Dieses Formgebungsverfahren ermöglicht die Herstellung von Materialien aus hochreinem Glas für all jene Anwendungen, für die bisher lediglich Kunststoffe eingesetzt werden können. Das bietet der glasverarbeitenden Industrie ebenso neue Möglichkeiten wie der optischen Industrie, der Mikroelektronik, Biotechnologie und Medizintechnik. „Das Verfahren eignet sich für die Massenproduktion und macht Quarzglas in der Herstellung und im Einsatz billiger, nachhaltiger und energieeffizienter als Spezialkunststoff“, erklärt Rapp.
Es ist die dritte Innovation für die Bearbeitung von Quarzglas, die das NeptunLab auf der Basis eines flüssigen Glas-Polymer-Gemischs entwickelt hat. 2016 war es den Wissenschaftlern bereits gelungen, die Mischung in Formen auszuhärten, 2017 für den 3-D-Druck und damit für die additive Fertigung nutzbar zu machen. Die Forschergruppe wird im Rahmen des Nachwuchswettbewerbs „NanomatFutur“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung von 2014 bis 2018 mit 2,8 Millionen Euro gefördert und will „Glassomer“ nun über eine Ausgründung auf den Markt bringen.
Andreas Weber
Das klingt interessant. Aber ein einfaches Verfahren ist es m. E. nicht. Sowohl energetisch als auch bezgl. der Formgebung (Volumenreduzierung beim Sintern) sehe ich keine wirklichen technischen und wirtschaftlichen Vorteile. Besonders wichtig ist auch die erreichbare Homogenität, insbesondere für optische Anwendungen.

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