Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

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.

Direktes Laserinterferenzstrukturieren (DLIP) ist ein effizientes Verfahren zur Herstellung präziser Mikrostrukturen auf Metallen, Polymeren, Keramiken und Glas. Dabei entstehen gezielte, periodische Oberflächentopographien ohne Materialabtrag oder -auftrag.

Der große Vorteil: DLIP ermöglicht die skalierbare Strukturierung großer Flächen bei gleichbleibender Auflösung – ideal für industrielle Anwendungen. Die resultierenden Strukturen können gezielt mechanische, elektrische oder chemische Eigenschaften der Oberfläche verändern. Anwendungsfelder sind unter anderem die Biotechnologie, Batterietechnik, Photonik und Tribologie.

Unser Leistungsangebot umfasst:

  • Entwicklung und Aufbau von kompakten Systemen für die Direkte Laserinterferenzstrukturierung (DLIP)
  • Herstellung periodischer und quasi-periodischer Oberflächenstrukturen auf flachen und komplexen Bauteilen aus Metall, Kunststoff und Keramik
  • Modifizierung von Oberflächeneigenschaften (z. B. Schichthaftung, Reibwert, Reflexion, Biokompatibilität)
  • Großflächige Strukturierung mittels DLIP und Rolle-zu-Rolle-Technologie
  • Topographische Analyse von Oberflächen mittels Konfokalmikroskopie und Weißlichtinterferometrie

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