Oberflächenfunktionalisierung mit DLIP

Stark vergrößerte Aufnahme einer DLIP texturierten Oberfläche unter dem Rasterelektronenmikroskop.
© Fraunhofer IWS
Stark vergrößerte Aufnahme einer DLIP texturierten Oberfläche unter dem Rasterelektronenmikroskop.

Das direkte Laserinterferenzstrukturieren hat sich zu einem flexiblen und industrienahen Werkzeug zum Herstellen gezielter Oberflächentopographien entwickelt. Die Technologie mit dem Kürzel »DLIP«, kurz für das englische »Direct Laser Interference Patterning«, spielt ihre besondere Stärke im großflächigen Oberflächenstrukturieren aus: die Skalierbarkeit bei gleichbleibender Strukturauflösung. Damit dies möglich wird, entwickeln die Wissenschaftler technische Lösungen, Prozessparameter und spezifische Funktionalitäten, die den Anwendern genau diejenigen Lösungen ermöglichen, die sie benötigen.

Mit DLIP lassen sich alle Materialien, die Licht absorbieren, also Metalle, Keramiken und Kunststoffe sowie transparente Polymere und Glas bearbeiten. Es wird weder zusätzliches Material eingebracht noch Material wie bei spanenden Verfahren abgetragen. Es wird kein Zusatzwerkstoff benötigt, die erzeugten Strukturen erhalten die gleichen mechanischen Eigenschaften wie der Grundwerkstoff und der Prozessschritt einer Schichthaftung bei der Oberflächenveredelung entfällt. 

Anwendungen

DLIP-texturierte Stahlstempel mit dekorativem Effekt.
© Erich Utsch AG
DLIP-texturierte Stahlstempel mit dekorativem Effekt.
Mit Direct Laser Interference Patterning (DLIP) lassen sich komplexe, mäanderförmige Oberflächenstrukturen im Mikrometer- und Submikrometerbereich generieren, die das Anhaften von Eis verhindern oder stark reduzieren können.
© Fraunhofer IWS
Mit Direct Laser Interference Patterning (DLIP) lassen sich komplexe, mäanderförmige Oberflächenstrukturen im Mikrometer- und Submikrometerbereich generieren, die das Anhaften von Eis verhindern oder stark reduzieren können.
DLIP-texturiertes Polycarbonat mit dekorativem Effekt.
© Fraunhofer IWS
DLIP-texturiertes Polycarbonat mit dekorativem Effekt.

Mikrostrukturierte Werkzeuge für die Herstellung funktionalisierter Oberflächen

  • Prägewerkzeuge (Stempel), die mittels Heißprägeverfahren holographische Dekore erzeugen (Anwendung: Dekoration und Produktschutz)
  • Abformwerkzeuge, welche durch UV-Replikation bearbeiten Polymerfolie mit selektiv fluidbeeinflussende Eigenschaften erzeugen (Lab-on-Chip-(LoC)-Systeme)
     

Funktionalisierte Bauteil-/Komponenten-Oberflächen

  • Interferenzmuster auf Zellkomponenten verbessert Haftfähigkeit (Erhöhte Reaktionsfläche bei Stromableiterfolien in Batterien)
  • Mikrostruktur erzeugt Anti-Icing-Effekt an Flugzeugtragflächen
  • Hierarchische Oberflächentopographien auf Implantaten verbessern Biokompatibilität (Anwachsen von Knochengewebe und Körperverträglichkeit)
  • Funktionelle Topographien auf komplexen Bauteilgeometrien wie Endoprothesen, Dentalimplantaten, Hüft- oder Kniegelenken
  • Strukturiertes Medizinbesteck mit antibakteriellen Oberflächen realisiert durch eine »Nadelkissen«-Struktur

Nachbildung biomimetischer Strukturen

Ein Forschungsschwerpunkt in der Arbeitsgruppe widmet sich der Biomimetik, wobei Strukturen und Funktionen lebender Organismen imitiert werden.  In diesem Zusammenhang wurde bereits die Oberfläche der Kieselalge, der Lotuspflanze, der Rosenblüte, des Springschwanzes und des Sandfisches reproduziert.

  • Lotuseffekt: Hydrophobe oder hydrophile Oberflächen
  • Springschwanz: Antibakterielle Oberflächen
  • Sandfisch: Reibwertmindernde Oberflächen
     

Light Management

  • Topographische Mikrostrukturierungen können die Absorption bzw. Emission des Bauelements (OPVs und OLEDs) durch Beugungseffekt und Lichtstreuung vergrößern
  • Steigerung des Wirkungsgrades von PET-basierten OPVs um 37 Prozent durch hexagonal orientierte Mikrostrukturierung möglich
  • Geeignetes DLIP-System kann in Produktionskette zur Fertigung von organischen Solarzellen oder OLEDs integriert und für Bearbeitung von Polymeren und/oder transparenten, leitfähigen Oxiden (TCO) eingesetzt werden