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Plasmaprozesstechnik

Die Expertise der Abteilung Plasmaprozesstechnik besteht in der Synthese und Modifizierung von katalytisch aktiven Oberflächen, Materialien für die Energiespeicherung/-wandlung, Sensortechnik, chemische Synthese und Reinigungs-/Aufbereitungsprozessen. Speziell für die Ausrüstung von Komponenten für Systeme dieser Anwendungen mit chemisch, elektrochemisch und photochemisch wirksamen Funktionselementen sind geeignete Technologien notwendig, um Breitenanwendungen zu realisieren. Hier bietet die Plasmatechnik eine Vielzahl von Ansatzpunkten.

Hierfür wurden Synthesemethoden unter Nutzung von PVD-Verfahren (physical vapour deposition) wie Magnetron Sputtern, Plasma-Ionen gestützten Deposition (plasma ion assisted deposition - PIAD), Plasmapyrolyse und PECVD-Verfahren (plasma enhanced chemical vapour deposition) sowie deren Kombinationen entwickelt. Neben diesen Vakuum-basierten Methoden werden auch Plasmaprozesse in Flüssigkeiten für die Erzeugung kohlenstoff- bzw. graphenhaltigen Materialien eingesetzt. Eine umfangreiche analytische Ausstattung zur Charakterisierung der Nanostruktur, Morphologie, Kristallstruktur, Porosität, chemischer Zusammensetzung, optischer, elektrochemischer und photochemischer Eigenschaften steht für die Entwicklung effizienter Funktionselemente zur Verfügung. Von besonderem Interesse sind hier die Synthese von Katalysatoren für Brennstoffzellen und Elektrolyseure, die photochemische Wasserspaltung, die Anbindung von Katalysatoren an festen Trägern, die Erzeugung von Halbleitermaterialien und photosensitiver Schichten für die Photovoltaik, Batterien, chemischen und elektrochemischen Sensoren oder der Wasserentsalzung und –reinigung. 

TECHNOLOGISCHE AUSSTATTUNG

  • Sechs Vakuumrezipienten mit 2 und 3 Plasmaquellen zur Deposition von
    • Metalloxidschichten z.B. halbleitenden Schichten wie TiO2, WO3
    • Kohlenstoff-Metall-Nanohybrid-Schichten, z.B.: C-Pt
    • Metall- Metall-Nanohybrid-Schichten, z.B.: Pt-Co
    • Metall/Metalloxid-Polymer-Kompositschichten, z.B.: Co2O3-HMDSO-Plasmaplasmapoylmer
    • Metall-Polymer-Komplex-Schichten, z.B.: Co-Polypyrrol
  • PIAD-Vakuumbeschichtungsanlage, M 900
  • Drehtrommelreaktor, HF- oder Mikrowellenanregung, Vakuumprozess: Aktivierung oder Beschichtung (PECVD) von Schüttgütern
  • Downer-Reaktor, Mikrowellenanregung, Vakuumprozess: Pyrolyse von Schüttgüt
  • Plasmen in Flüssigkeiten, gepulste Entladungen, z.B.: Synthese von nanoskalierten graphengeträgerten Metalloxidpartikeln
  • Digitalmikroskop Keyence: 2D- und 3D Aufnahmen mit bis zu 1000-facher Vergrößerung 
  • BET-Sorptionsmessung, Quantachrome NOVA 2000: Bestimmung der spezifischen Oberfläche von Feststoffen durch Stickstoff-Adsorption. 
  • FTIR-Spektrometer: Bruker VERTEX 70v: digitales FTIR-Vakuum-Spektrometer für Messungen im MIR- (8000 bis 350 cm-1) und FIR-Bereich (600 bis 50 cm-1) mit streifender Reflexionseinheit, ATR-Einheit für beide Spektralbereiche und variabler Reflexionseinheit 
  • MasterSizer 2000 von Malvern Instruments: Messung der Korngrößenverteilung von Pulvern im Bereich von 20 nm bis 2 mm; Zusatzfunktionen: Specific Surface Area, Surface Weighted Mean D[3,2], Vol. Weighted Mean D[4,3], d (0.1), d (0.5), d (0.9) 
  • Bruker D8 Advance Röntgendiffraktometer mit hochauflösendem LYNXEYE Detektor: Röntgendiffraktometrie (XRD) an polykristallinen Schichten und Pulvern zur Identifizierung von Kristallphasen und Kristallitgrößenbestimmung. Röntgenreflektometrie (XRR) zur Bestimmung von Schichtdicke und Rauigkeit. Rietveld-Analyse 
  • Rasterelektronenmikroskopie/EDX, Joel (Germany) GmbH Dazu Cross section polisher, IB-09010CP, Joel (Germany) GmbH: Querschnittspoliergerät zur Erzeugung spiegelglatter Oberflächen, welche nicht mechanisch poliert werden können. Polierquerschnitt
  • PerkinElmer Lambda 850 UV/Vis Spektrophotometer mit L6020322 150 mm integrierender Kugel Messung von Transmission, Streuung und Reflexion im Bereich zwischen 250 nm und 850 nm. Für eine hohe Reflektivität im Inneren der Kugel werden kalibrierte Spectralon Reflectance Standards (99% R, USRS-99-020, Perkin-Elmer Inc.) verwendet. 
  • µ-Autolab 2 Potentiostat, Elektrochemische Messungen (Zyklische Voltammetrie, Chronoamperometrie, Chronopotentiometrie, katalytische Aktivität) inkl. Anwendung als RDE mit Metrohm Rotator 
  • Autolab Bipotentiostat  302N, Elektrochemische Aktivitätsmessungen (Zyklische Voltammetrie, Chronoamperometrie, Chronopotentiometrie, katalytische Aktivität, Impedanz) mit zwei Arbeitselektroden für die Anwendung als RRDE mit PINE Rotator bei kontrollierter Temperatur und unter Zuführung verschiedener Gase (O2, N2, H2, CH4) 
  • ATV In-line-4-Point-Probe mit Keithley 2400 Sourcemeter, Messung des spezifischen elektrischen Widerstandes von Oberflächen und dünnen Schichten nach der 4-Punkt-Methode. Spezielle Kontaktgeometrie für weiche Schichten. 
  • Im6e Potentiostat, Zahner GmbH, Elektrochemische Charakterisierung mittels Voltammetrie/Amperometrie/EIS-Messungen von 10mHz-8MHz. Begasbare elektrochemische Zelle.
  • PCS Photoelekrochemisches Photo Current Spectra System, Zahner GmbH, Photoelektrochemische Messung zur Bestimmung des Photostroms und der Photoeffizienz zwischen 420 und 750 nm 
  • CIMPS Fast Light Intensity Transient System, Zahner GmbH, Photoelektrochemische Messung zur Bestimmung von Photostrom und Photospannung, Diffusionskoeffizienten, Diffusionslänge und Lebensdauer von lightinduzierten Ladungsträgern in Halbleitern.
  • COLT Coating and Laminate Tester, Zahner GmbH, AC-DC-AC Tests an Beschichtungen und Laminierungen, komparative EIS-Messungen zur Bestimmung der Schichtqualität- und stabilität. Korrosions- und Delaminierungstests