Panorama

Oberflächenanalyse auf höchstem Niveau

25.03.2021 - Neues XPS-Gerät am Fraunhofer IAP ermöglicht zielgerichtete chemische Funktionalisierung.

Nur we­nige Atomla­gen be­stim­men, ob eine Ober­flä­che was­ser­ab­wei­send, be­druckbar, la­ckier­bar, haf­tend oder anti­bak­teri­ell ist. Die Oberflä­che vie­ler Pro­dukte wird des­halb ge­zielt ver­än­dert. Dank ei­nes neuen Röntgen­pho­toe­lekt­ro­nen-Spekt­ro­me­ters kann das Fraunhofer-Insti­tut für An­ge­wandte Poly­mer­for­schung IAP Oberflä­chen nun noch ge­nauer ana­ly­sie­ren, was bei der Ent­wicklung ei­nes Pro­zes­ses oder bei der Feh­ler­ana­lyse hilf­reich ist. Fir­men und Part­ner pro­fitie­ren nicht nur von den neuen ana­lyti­schen Fä­hig­kei­ten am Fraunhofer IAP, son­dern auch von der ex­ten­siven Ex­per­tise in der Ma­teri­al­ent­wicklung, was die In­ter­pre­ta­tion der Da­ten und die An­pas­sung des Her­stel­lungspro­zes­ses er­leichtert.

Ein Eti­kett haf­tet nicht gut, an Mö­beln ver­sa­gen die Kle­be­stel­len, Lack löst sich vom Un­ter­grund oder ein Pro­dukt hat un­er­wünschte Fle­cken – wenn so et­was pas­siert, be­ginnt für den Her­stel­ler die Feh­ler­ana­lyse. Sie be­ein­trächtigt je­doch die Pro­duk­tion und kos­tet Geld und Zeit. Des­we­gen ist es wich­tig, Feh­ler schnell zu er­mit­teln und ge­zielt Lö­sun­gen zu fin­den. Häu­fig lie­gen Ver­un­rei­ni­gun­gen der Ober­flä­che vor, de­ren Quelle es zu iden­tifi­zie­ren gilt; aber auch Ab­wei­chungen der Ma­teri­alzu­sam­men­set­zung an der Oberflä­che, von Kompo­nen­ten oder gar un­ge­wollte che­mi­sche Re­akti­onen durch äu­ßere Ein­flüsse kön­nen die Ur­sa­che für ein Fehl­ver­hal­ten sein. Um die Zu­sam­menhänge und Me­cha­nis­men zu ver­ste­hen, die zu die­sen Feh­lern füh­ren, müs­sen ei­ner­seits hoch leis­tungsfähige ana­lyti­schen Werk­zeuge ein­ge­setzt wer­den und an­de­rer­seits fun­dierte Kenntnisse zu Ma­teri­a­lien und Pro­duk­ti­ons­pro­zess vor­lie­gen. Die Oberflä­chen­ex­per­ten am Fraunhofer IAP be­herr­schen bei­des.

Eine be­son­dere Ex­per­tise am Fraunhofer IAP ist die che­mi­sche Funktio­nali­sie­rung von Oberflä­chen. Sie ist un­er­läss­liche Grundlage für viele Pro­dukte. Das Wis­sen um den Auf­bau der obersten Atomla­gen ist da­bei Vo­raus­set­zung für die Ent­wicklung von Ma­teri­a­lien, Pro­duk­ten und Technolo­gien, und schließ­lich auch, um Feh­ler zu iden­tifi­zie­ren.

Da­für steht nun auch ein neues, hochmo­der­nes Ge­rät zur Röntgen­pho­to­elekt­ro­nen-Spektro­sko­pie (engl. X-ray pho­to­elect­ron spectroscopy, XPS) ein – ein ext­rem leis­tungsfähiges Werkzeug zur Ana­lyse von Oberflä­chen. Die auch als Elektro­nen­spektro­sko­pie für che­mi­sche Ana­lyse (engl. electron spectroscopy for che­mi­cal ana­lysis, ESCA) be­zeich­nete Me­thode er­mög­licht am Fraunhofer IAP nun eine noch bes­sere Qua­lität der che­mi­schen Struk­tur­ana­lyse von Oberflä­chen als zu­vor und da­mit ein neues Ni­veau in For­schung und Ent­wicklung so­wie bei der Feh­ler­ana­lyse, dem so­ge­nannten Trouble­shooting.

„Bei Fra­ge­stel­lun­gen un­serer Kun­den und Part­ner zur Ent­wicklung neuer Pro­dukte bün­deln wir all un­sere Kom­pe­ten­zen, um die oft­mals sehr kom­ple­xen Her­aus­for­de­run­gen zu meistern“, sagt Dr. An­dreas Hol­län­der, Ex­perte für Oberflä­chenana­lyse und -funk­tio­nali­sie­rung am Fraunhofer IAP. „Un­ser Vor­teil ist da­bei, dass wir viel­fäl­tige Ana­lyse­tech­ni­ken mit ei­nem ext­rem um­fas­sen­den Ma­teri­al­ver­ständnis ver­bin­den, und zwar über alle Ab­tei­lun­gen des Fraunhofer IAP hin­weg. So kön­nen wir ein be­son­ders fun­dier­tes Lö­sungsan­ge­bot, auch für kom­pli­zierte An­for­de­run­gen lie­fern. Trouble­shooting aber auch die Ent­wicklung und Opti­mie­rung ei­nes Her­stel­lungs­pro­zes­ses ge­hört da­bei im­mer zum Lö­sungspa­ket dazu“, so Hol­län­der.

Insti­tuts­lei­ter Pro­fes­sor Ale­xan­der Bö­ker er­gänzt: „Oberflä­chenfunk­tio­nali­sie­rung und -ana­lytik ist eine un­serer Kernkom­pe­ten­zen. Ge­paart mit den viel­seiti­gen Ex­per­tisen der Fraunhofer IAP-Wis­sen­schaftle­rin­nen und Wis­sen­schaftler in Poly­mer­for­schung, Bi­o­lo­gie, Grenzflä­chenche­mie, Ober­flä­chen- und Ver­fah­rens­tech­nik, ergibt sich ein insti­tuts­über­grei­fen­der Problemlö­sungs-Pool, von dem Fir­men ver­schie­denster Branchen pro­fitie­ren – von der Ver­pa­ckungs­in­dust­rie über die Elektro­nik­branche bis hin zur Me­di­zin­tech­nik.“

Fraunhofer IAP / LK