INM stellt neue Methoden für strukturierte Nanokomposite bereit

Kontrollierte Selbstanordnung von Nanopartikeln in Kompositen für verbesserte Materialeigenschaften. Hier: hierarchische Partikelanordnung im Emulsionsverfahren / Bildquelle: Copyright INM

Hochempfindliche Diagnostik in der Medizintechnik, leuchtende Polymere, biegsame Dünnschicht-Solarzellen, flexible Displays oder druckbare Elektronik – sie alle basieren auf funktionellen Kompositen. Diese Materialien müssen geeignete Strukturen auf der Nanometer-Ebene enthalten, um ihre Funktion optimal zu erfüllen. An der Synthese und Analyse definiert strukturierter Komposite arbeitet das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien. Seine Kompetenz hat es bereits in mehreren vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Kooperationen mit Industriepartnern unter Beweis gestellt. Es stellt seine Kompetenz nun verstärkt Partnern aus der Industrie zur Verfügung.

Die neuen Herstellungsmethoden und die Analyse-Kompetenz am INM erlauben es den Wissenschaftlern, Nanopartikel in Beschichtungen, an Grenzflächen und auf Oberflächen kontrolliert nach Bedarf anzuordnen. So ist es beispielsweise möglich, durch Selbstanordnung und Template die Lage jedes einzelnen Nanopartikels exakt festzulegen, Nanopartikel an Grenzflächen kontrolliert anzuhäufen, anisotrope Partikel in Vorzugsrichtungen aufzureihen und Partikel-Cluster oder Partikel-Netzwerke in Kompositen zu erzeugen. In druckbaren Tinten können die Entwickler die chemische Zusammensetzung der Nanopartikel, Partikel-Geometrie, Agglomeration, Viskosität, Oberflächenspannung und Benetzungsvermögen je nach Bedarf passgenau einstellen.

Tobias Kraus, Leiter des Programmbereichs Strukturbildung, und sein Team stellen über chemische Synthesen metallische, oxidische oder Halbleiter-Nanopartikel her und betten sie in Polymere. Dabei kontrollieren und beobachten sie sehr genau, wie sich die Partikel im Material verteilen. Mit maßgeschneiderten Nassbeschichtungs- und Druckverfahren und Methoden der Selbstanordnung können diese funktionellen Komposite dann im Labormaßstab als dünne Filme oder Volumenkörper gefertigt und in Bauteile integriert werden.

Neben den Synthese- und Verfahrensmöglichkeiten verfügt das INM außerdem über einen umfangreichen Analyse-Park. Er ermöglicht es, die Materialstrukturen zu untersuchen und zu verstehen: Proben werden mit Ultramikrotomie, fokussierten Ionenstrahlen und Ionenmühlen vorbereitet und mit vielfältigen elektronenmikroskopischen Methoden am INM untersucht. Auch im Bereich der Streumethoden und Elementaranalytik sind die Wissenschaftler sehr gut aufgestellt. Mit Röntgenstreuung in verschiedenen Winkelbereichen kombiniert mit optischer und Massen-Spektroskopie könne man statistisch aussagekräftige Angaben über Materialzusammensetzungen machen.

Das InnovationsZentrum INM gibt Unternehmen Zugang zu den Ergebnissen, Kompetenzen und Möglichkeiten der Entwicklungsarbeit des INM. Das INM erforscht maßgeschneiderte mikro- und nanostrukturierte Materialien und Oberflächen, zum Beispiel für verbesserte Energieeffizienz, gedruckte Elektronik, medizinische Oberflächen, Anwendungen in der Optik und Anwendungen in der Öl- und Konsumgüterindustrie. Das InnovationsZentrum INM passt diese Technologieplattformen den Anforderungen der Industrie an. Es besitzt Personal, Räume und Ausstattung zur Maßstabsvergrößerung, Prozess- und Anlagenentwicklung und Qualitätssicherung. Im Technikum des InnovationsZentrums entwickeln und skalieren die Entwickler Materialien und Prozesse und begleiten die Kooperationspartner von der Labor- in die Pilotphase. Das InnovationsZentrum bietet chemische Prozesstechnik, Polymerverarbeitung, Partikelsynthese, Strukturierungs-, Beschichtungs- und andere Produktionsverfahren. So entstehen neue Materialien für die Industrie, die Prozesskosten verringern und die Produktqualität erhöhen.

Projekt: HOP-X – Digitale Bildplatten für medizinisches Röntgen basieren auf Keramiken. Im vom BMBF geförderten Projekt HOP-X (Hybrid organische Photodetektoren für die Radiographie) werden Röntgenbildplatten entwickelt, die auf einem neuen Material aus leitfähigen Polymeren und anorganischen Partikeln bestehen. Die Partikel absorbieren und wandeln Röntgenphotonen um; die leitfähigen Polymere transportieren die entstehende Ladung zu Elektroden. Der Programmbereich Strukturbildung des INM beschäftigt sich im Projekt hauptsächlich mit der Analyse der Kompositstrukturen aus Partikeln und Polymeren, der Entstehung der Struktur bei der Herstellung, und ihren Effekten auf die Leistungsfähigkeit der Bildplatten. Partner des Projektes sind die Siemens, Erlangen, die Merck KGaA, Darmstadt sowie die CAN GmbH, Hamburg.

Projekt: NanoSpekt – In diesem Projekt beschäftigt sich das INM mit optisch transparenten Materialien für die Elektronik der Zukunft. Das BMBF-geförderte Projekt im Rahmen des NanoMatFutur-Programmes verwendet Nanopartikel mit definierten Formen und Anordnungen in Polymeren, um transparente Elektroden beispielsweise für berührungsempfindliche Bildschirme und Solarzellen zu fertigen. Die Förderinititative „NanoMatFutur“ ist Teil des Rahmenprogramms „Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft“. WING fasst klassische Materialforschung mit der Forschung zu chemischen Technologien und der werkstoffspezifischen Nanotechnologie zusammen. Es ist Teil der Hightech Strategie der Bundesregierung.

http://www.leibniz-inm.de