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AKTIVIERUNG UND FUNKTIONALISIERUNG VON POLYMEREN AUF BASIS GEOMETRIEUNABHÄNGIGER PLASMAQUELLENKONZEPTE
25.10.2017 - Parts2Clean – Fachforum und Innovationsforum
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AGENDA
Fraunhofer IST
Grundlagen Plasmatechnologie
Kompetenzen des Anwendungszentrums für Plasma und Photonik
Die neue »Disc-Jet«-Plasmaquelle
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Fraunhofer-Institut für Schicht-und Oberflächentechnik ISTBienroder Weg 54 E38108 Braunschweig
Anwendungszentrum für Plasma und Photonik des Fraunhofer ISTVon-Ossietzky-Str. 10037085 Göttingen
Dortmunder OberflächencentrumEberhardstraße 1244145 Dortmund
Standorte des Fraunhofer IST
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Mitarbeiter
Stammpersonal 125
Auszubildende 3
Kooperation mit IOT 27
Wiss. Hilfskräfte 42
Betriebshaushalt 12,4 Mio €
InstitutsleitungProf. Dr. Günter Bräuer
Leitung des Anwendungszentrums
Prof. apl. Prof. Dr. Wolfgang Viöl
Fraunhofer ISTEckdaten
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Anwendungszentrum für Plasma und PhotonikKompetenzen
Atmosphärendruckplasmaquellen und –anlagen
Laser-Plasma-Hybrid-Verfahren
Plasmamedizinische Verfahren
Plasma-Partikeltechnik
Plasmaanalyse und -diagnostik
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Erde Wasser Luft Feuer
(99 Prozent des Universums befindet sich im Plasmazustand)
PlasmatechnologieGrundlagen
Festkörper Flüssigkeit Gas
Allgemein bekannt sind diese drei Aggregatzustände:
Folgende Elemente waren den Philosophen bekannt:
Plasma
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002,04
a
e
m
m
E
E
-
Nichtgleichgewichtsplasmen
PlasmatechnologieGrundlagen
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Nichtthermisches Niedertemperaturplasma
»Heiße Kälte schont Ressourcen.«
Ti T 25 °C
Ti « Te 25000 °C
T = Temperatur der Neutralteilchen
Ti = Temperatur der Ionen
Te = Temperatur der Elektronen
PlasmatechnologieGrundlagen
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Kerntechnologie: Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasmen
Sch
ich
tau
ftra
g
Schichtfunktionen
Leitfähigkeit
Antibakteriell
uvm.
Schichtfunktionen
Kratzfestigkeit
Hydrophobierung
uvm.
Kalt-PlasmaspritzenPECVD
Ob
erf
läch
en
-m
od
ifik
ati
on
Einsatzgebiete
Haftung
Feinstreinigung
uvm.
Aktivierung Laser-Plasma-Hybrid
Einsatzgebiete
Mikrostrukturierung
Politur
Feinstreinigung
Kompetenzen Fraunhofer IST / AnwendungszentrumTechnologieübersicht
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Fachkompetenzen Plasma und Photonik
Querschnittsaufgaben
Analytik und Diagnostik | Oberflächenanalytik
| Plasmadiagnostik
Quellenkonzeption
(Handgeräte)
| Entladungskonzepte
| Hochspannungsgeneratoren
Anlagen- und Gerätebau | Konstruktion / Fertigung (CE)
| Aktivierung / Funktionalisierung
Laser- und Laser-Plasma-Hybrid-Technologie
| Mikrostrukturierung
| Oberflächenmodifikation
| Reinigung
Biowissenschaften / Plasmamedizin
| Dermatologie
| Hygiene
| Cell-Culturing
Holz und Holzwerkstoffe
| Fügetechnik
| Vergütungsprozesse
Plasma-Partikeltechnik
| Kalt-Plasmaspritzen
| Partikel-Coating
Anwendungszentrum für Plasma und PhotonikÜbersicht Kompetenzen
Leiter: Prof. Dr. Wolfgang Viöl
Innovationsmanager: Dr. Bernd Schieche
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Anwendungszentrum für Plasma und PhotonikQuerschnittsaufgaben
Analytik und Diagnostik
Oberflächenanalytik
Plasmadiagnostik
Quellenkonzeption (Handgeräte)
Entladungskonzepte
Hochspannungsgeneratoren
Anlagen- und Gerätebau
Konstruktion / Fertigung (CE)
Aktivierung / Funktionalisierung
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Quellenkonzeption (Handgeräte)Entladungskonzepte und Hochspannungsgeneratoren
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Anlagen- und GerätebauKonstruktion / Fertigung (CE) und Aktivierung / Funktionalisierung
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»Disc-Jet«-PlasmaquelleHomogene 3D-Behandlung komplizierter Geometrien
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DBD-Prinzip (Dielectic Barrier Discharge) 30°C
Prozesstemperaturen von 30 bis 60°C ermöglichen Behandlung von temperaturempfindlichen Substraten
Anwendungsbereiche: Aktivierung, Funktionalisierung, Reinigung
Konturgenaue Anpassung der Entladung an Kavitäten und Hinterschneidungen (bis ca. 20 mm)
Generierung reaktiver Spezies direkt auf der Substratoberfläche
Aktueller Arbeitsdurchmesser (Behandlungsfläche) zwischen 20 und 80 mm (aufskalierbar)
Tiefengängigkeit der Gleitentladungen zwischen 1 und 30 mm (Jet sogar bis 60 mm)
Große Bandbreite an Materialbehandlungsmöglichkeiten (Dünnstglas, Polymer- und Metallfolien, Holzwerkstoffe, Furniere, Papier,…)
Prozessgeschwindigkeiten aktuell zwischen 1 bis 35 m/min. realisiert
»Disc-Jet«-PlasmaquelleKonturgenaue, homogene Plasma-Aktivierung
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Referenz (ca. 100 x 200 µm) Plasmabehandelt
REM-Aufnahmen einer Aluminiumfolie (mit Walz-Öl) vor und nach dem Reinigungsprozess mittels »Disc-Jet« bei einer Behandlungsgeschwindigkeit von 1 m/min. Die Walz-Riefen der Aluminiumoberfläche sind nach der Plasmabehandlung (Prozessgas Druckluft) wieder deutlich sichtbar.
AnwendungsbeispielEntfetten von Metalloberflächen
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Referenz (Cu-oxidiert; 2 x 5 cm) Plasmabehandelt
AnwendungsbeispielReduzierung von Oxidschichten
Reduzierung der Kupferoxidschicht mittels »Disc-Jet« (Prozessgas mit H-Anteil)
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Gegenüberstellung der Lackhaftung auf Kunststoff-Profilen nach herkömmlicher bzw. chemischer Vorreinigung und nach Reinigung mittels »Disc-Jet« und Argon als Prozessgas.
Soll-Wert
Referenz-Wert
Aktivierung von Polymer-Extrusionshalbzeugenmittels »Disc-Jet« und Prozessgas Argon
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Gegenüberstellung der Lackhaftung auf Kunststoff-Profilen nach herkömmlicher bzw. chemischer Vorreinigung und nach Reinigung mittels »Disc-Jet« und Druckluft als Prozessgas.
Soll-Wert
Referenz-Wert
Aktivierung von Polymer-Extrusionshalbzeugenmittels »Disc-Jet« und Prozessgas Druckluft
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Dr. rer. nat. Bernd SchiecheInnovationsmanager
Anwendungszentrum für Plasma und PhotonikFraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik ISTVon-Ossietzky-Str. 100 | 37085 GöttingenTel. +49 551 3705-219 | Fax. 0551 3705-206bernd.schieche@ist.fraunhofer.dewww.plasmaundphotonik.fraunhofer.de