Anlagentechnik für das Prozessieren nano-strukturierter Oberflächen

Oberflächenstruktur einer Haftvermittler-Beschichtung © Fraunhofer IWS Dresden

Oberflächenstruktur einer Haftvermittler-Beschichtung © Fraunhofer IWS Dresden

Die Herstellung von ausgerichteten Kohlenstoffnanoröhren auf Elektroden-oberflächen im Rolle-zu-Rolle Verfahren steht im Mittelpunkt des von der EU geförderten Projektes PLIANT. Die hohe Oberfläche, die geordnete Struk-tur und die hohe elektrische Leitfähigkeit dieser binderfreien Elektroden bieten besondere Vorteile für die Anwendung in Batterien und Kondensato-ren und lassen sich direkt in erhöhter Energie- und Leistungsdichte überset-zen. Auf Basis dieses Materials entstehen hochkapazitive Lithium-Schwefel-Batterien und leistungsstarke Hybridkondensatoren der nächsten Generati-on.

Materialauswahl und Einsatzmöglichkeiten im Gebiet der Nanotechnologien sind außerordentlich vielfältig. Insbesondere an Grenz- und Oberflächen bieten Nano-strukturen einzigartige elektrische, optische und mechanische Eigenschaften. Viele dieser Eigenschaften und mögliche Anwendungen sind bereits im Labormaßstab demonstriert worden. Für den nächsten Schritt in die Anwendung stehen die Ver-fahren vor der Herausforderung, die Skalierbarkeit der Materialherstellung zumin-dest im Pilotlinien-Maßstab zu demonstrieren und die Materialien für den Einsatz in Produkten zu erproben.

Um speziell im Bereich der nanostrukturierten Oberflächen den nächsten Schritt in Richtung Produktion und Anwendungen zu gehen, hat sich im Rahmen des Projek-tes „PLIANT – Process Line Implementation for Applied Surface Nanotechnologies“ ein auf europäischer Ebene breit aufgestelltes Konsortium zusammengefunden. Ziel des im Februar 2013 gestarteten und mit 13,4 Mio. EUR budgetierten Verbundpro-jekts PLIANT ist es, die wissenschaftliche, fertigungs- und produktionstechnische Führungsrolle Europas durch die Entwicklung innovativer Nano- und Oberflächen-technologien auszubauen. Kompetenzen von 13 Unternehmen, 5 Forschungsein-richtungen und drei Universitäten aus 8 Ländern fließen zusammen und formen ein starkes Forschungsteam.

Prozessaufnahmen einer Plasmaquelle (LARGE) bei Atmosphärendruck © Fraunhofer IWS Dresden

Prozessaufnahmen einer Plasmaquelle (LARGE) bei Atmosphärendruck © Fraunhofer IWS Dresden

Unter Leitung des Fraunhofer-Institutes für Werkstoff- und Strahltechnik IWS und Mitarbeit des Lehrstuhles Anorganische Chemie der TU Dresden setzen Anlagenher-steller und Entwickler aus den Bereichen Oberflächen- und Beschichtungstechnolo-gien sowie Prozess-Monitoring ihre hochgesteckten Ziele auf mehrere Säulen. Im Er-gebnis des Projektes entstehen 3 Pilotlinien für konkrete Anwendungen in den Be-reichen Energiespeicher, Photovoltaik und Luftfahrt. Sie werden unter Mitwirkung von führenden Herstellern und Entwicklern dieser Branchen spezifiziert und evalu-iert.

Die erste Pilotlinie zielt auf die Herstellung von ausgerichteten Kohlenstoffnanoröh-ren auf Elektrodenoberflächen im Rolle-zu-Rolle Verfahren. Die zweite Pilotlinie er-zeugt durch den Einsatz innovativer Dünnschichttechnologien bei Atmosphären-druck nanostrukturierte Funktionsschichten für Dünnschichtsolarzellen. Sie zeichnen sich durch Vorteile in der Performance und den Herstellkosten aus.

Die dritte Pilotlinie zielt auf die Oberflächenvorbehandlung von Leichtbaukompo-nenten im Flugzeug durch Atmosphärendruck-Plasmaquellen. Entstehende nano-strukturierte Grenzflächen und Kleb-Verbindungen sollen dauerhaft und sicher hal-ten.

Das PLIANT-Projekt ist nur ein Beispiel für eine Vielzahl von Aktivitäten im Bereich Energieforschung. Vom 28. bis 29.Mai 2013 präsentieren die Forscher des Fraun-hofer IWS und der TU Dresden ihre Projektergebnisse gemeinsam mit Rednern aus anderen Forschungseinrichtungen und aus der Industrie auf der 2. Dresdner Konfe-renz „Zukunft Energie“. In 8 Sessions mit insgesamt 30 Vorträgen sowie einer be-gleitenden Fachausstellung besteht die Möglichkeit der Information und des wissen-schaftlichen Austausches.

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