Polymeroberflächen

Abscheidung dünner haftvermittelnder Polymerschichten

Werkstoffe treten über ihre Oberfläche mit der Umgebung in Wechselwirkung. Oberflächeneigenschaften können die Festigkeit und Zuverlässigkeit von Werkstoffen maßgeblich verbessern.

Die Kompetenz der Fachgruppe besteht in der Gestaltung und Charakterisierung der Oberflächenchemie von Polymer-Verbund-Werkstoffen, insbesondere von kohlenwasserstoff- und kohlenstoffbasierten Materialien. Eine Besonderheit dieser Werkstoffklassen ist das weitgehende Fehlen von funktionellen Gruppen an der Oberfläche. Zwar sind bestimmte Werkstoffe wie Polyolefine und die graphitischen Materialien dadurch chemisch sehr resistent, aber gerade deshalb sind sie nicht in der Lage, mechanisch und chemisch stabile Werkstoffverbunde zu bilden.

Die Fachgruppe erforscht haftungsvermittelnde Grenzflächenphänomene und optimiert Grenzflächenstrukturen. Eine wichtige Aufgabe ist die Einführung von funktionellen Gruppen bei Polyolefinen und Kohlenstoffmaterialien. Dazu werden Verfahren entwickelt, die einheitliche funktionelle Gruppen erzeugen, die zur chemischen Kopplung der Verbundwerkstoffe an der Grenzfläche befähigen.

Schälversuch mit einem Metall-Polymer-Verbund

Die Fachgruppe entwickelt neue Konzepte zur Gestaltung von Grenzflächen bzw. Verbundwerkstoffen und forscht zusammen mit Industriepartnern.

Bei allen Aktivitäten der Fachgruppe steht die Erhöhung der Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Bauteilen mit modifizierten Grenz- und Oberflächen im Fokus. Als Nebenprodukt dieser Forschungen sind auch Anwendungen wie Reibminderung, Korrosionsschutz oder Barriere- sowie Anti-fouling-Ausstattung oder Schichten für die Immobilisierung von Biomolekülen realisierbar.

Aufgaben

• Gezielte Funktionalisierung von Polymeren mit neuen Modifizierungs- oder Beschichtungsverfahren
• Analyse von oberflächenmodifizierten Polymeren und dünnen Polymerschichten sowie Grenzflächen
• Chemische Modifizierung von Polymergrenzflächen zur Herstellung hochhaftfester und hochbeständiger Polymer-Verbundmaterialien
• Charakterisierung der elektrischen und dielektrischen und thermischen Eigenschaften von Polymeren; Messung der dielektrischen und thermischen Eigenschaften von 10 nm bis 500 nm dünnen Schichten
• Chemische und plasmachemische Modifizierung von Kohlenstoffnanopartikeln
• Erstellung von Gutachten für Schadensuntersuchungen an Polymerwerkstoffen

Kompetenzbereiche

Sicherheit von Bauteilen mit modifizierten Grenz- und Oberflächen
Herstellung, Modifizierung und Sicherheit von Nanopartikeln
Analyse von nanostrukturierten Polymersystemen

Verfahren und technische Ausstattung

• FTIR-Spektroskopie; ATR, GIR/IRRAS, faseroptische ATR-Einkopplung, DRIFT
• Photoelektronenspektroskopie (ESCA), ggf. gekoppelt mit Plasmaanlage
• Dielektrische Spektroskopie im Frequenzbereich von 10^-5 bis 10⁹ Hz und im Temperaturbereich von - 150 °C bis + 400 °C
• Thermische Spektroskopie im Frequenzbereich von 10 bis 5 x 10³ Hz und im Temperaturbereich von - 150 °C bis + 300 °C
• Reaktoren zur Niederdruck-Plasmabehandlung und -polymerisation mit simultaner Bedampfung und Plasmadiagnostik (Plasmamonitor-MS, OES und Plasmapotentialmessung) sowie Möglichkeiten zur Pulsung der HF- und MW-Energie)
• Gerät zur Erzeugung einer dielektrischen Barriereentladung bei Atmosphärendruck, Plasmastrahl
• Induktionsplasmareaktoren (ICP bis 80 kW) zur Herstellung und Modifizierung von Pulvern und Schichten
• Randwinkelmesseinrichtung
• Thermische und Elektronenstrahl-Bedampfungsanlage
• Schichtherstellung durch Casting, Spincoating und Elektrospray
• Unterwasserplasmaanlage

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