Grundlegende Untersuchungen der Grenzflächenprozesse bei der DLC-Beschichtung ausgewählter Kunststoffe

Zeitraum: 01.03.2013 - 09.12.2021
Status: abgeschlossen

Kunststoffe kommen heutzutage aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften (geringes Gewicht und Elastizität) in vielen Anwendungsgebieten zum Einsatz. Einige nachteilige Eigenschaften (geringe Härte und Kratzfestigkeit, mikrobielle Adhäsion) schränken deren Verwendung in einzelnen Bereichen (z. B. Medizin) jedoch stark ein. Eine Verbesserung der Eigenschaftsmerkmale und damit ein wesentlich erweiterter Einsatzbereich herkömmlicher Kunststoffe kann durch eine Beschichtung mit diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC) erreicht werden. DLC-Schichten gelten im Allgemeinen als robuste, antibakterielle und biokompatible Schutzschichten. Obwohl DLC-Schichten eine extrem hohe Vielfältigkeit bezüglich der zu beschichtenden Materialien bieten, sind DLC-beschichtete Kunststoffe ein bislang wenig erforschtes Gebiet. Speziell die Veränderungen der chemischen und physikalischen Eigenschaften der ursprünglichen Kunststoffoberfläche während des initialen Beschichtungsprozesses sind noch völlig unklar. Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist die Analyse und Bestimmung der im oberflächennahen Bereich ausgewählter Kunststoffe (Polyethylen, Polyoxymethylen) stattfindenden Prozesse während der plasmaunterstützten Abscheidung von DLC-Schichten. Im besonderen Fokus steht die detaillierte Aufklärung des initialen Prozesses beim Schichtanwachsen und den damit einhergehenden Veränderungen an der Grenzfläche zwischen weichem Kunststoff und hartem DLC. Die vorherrschenden Reaktionsabläufe sollen möglichen Prozessen wie Abscheidung, Zwischenschichtbildung (Interlayer) und Erosion zugeordnet werden. Es werden gezielt nur sehr wenige Atomlagen aufgebracht, um die entstehende Grenzschicht zu analysieren. Die Zusammensetzung der Bestandteile in der Reaktionskammer wird während der gesamten Beschichtung kontinuierlich mittels hochauflösender Massenspektrometrie verfolgt. Es soll so geklärt werden, welche Plasmawechselwirkungen mit dem Substrat stattfinden und inwieweit diese durch Variation der Prozessparameter beeinflusst werden können. Relevante Aussagen über die Bindungsverhältnisse an der Grenzfläche zwischen der DLC-Schicht und dem Substrat werden über verschiedene Röntgenspektroskopie-Methoden (XPS, NEXAFS) erwartet. Es wird darüber hinaus angenommen, dass neben den Beschichtungsparametern die chemische Zusammensetzung und die Oberfläche des Basissubstrates sowie die Menge an abgeschiedenem DLC Einfluss auf die resultierende Verbindung (Grenzfläche) und Morphologie des beschichteten Kunststoffs haben. Das Projekt soll zu einem grundlegenden Verständnis für den Verbund zwischen hartem (DLC) und weichem (Kunststoff) Material führen. Die verwendeten Kunststoffe dienen als typische Modell-Substrate. Die innerhalb des Forschungsvorhabens erzielten Ergebnisse sollen im Anschluss auf andere Polymere übertragen werden, wodurch zukünftig die Herstellung alternativer Werkstoffe mit gleichzeitig robusten, flexiblen sowie biokompatiblen Oberflächen ermöglicht werden kann.


Finanzierung

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Literatur

Veröffentlichungen