Plasma-Printing & Mikrofabrikation
Die Forschungsgruppe Plasmadruck & Mikrofabrikation (PPM) konzentriert sich auf die Entwicklung und Charakterisierung neuartiger Funktionsschichten und innovativer Oberflächenmodifizierungsverfahren unter Verwendung von Atmosphärendruckplasmen, insbesondere im submillimetrischen Bereich.
Plasmagestützte Oberflächenmodifizierungsverfahren verbessern die Materialeigenschaften, indem sie neue Oberflächenfunktionen einführen und entweder dünne Schichten aufbringen oder entfernen. Diese plasmagestützten Oberflächenbehandlungen bieten mehrere technische Vorteile, darunter die Skalierbarkeit, die Langzeitstabilität der modifizierten Oberflächen, die Kompatibilität mit einer Vielzahl von Werkstoffen, die kurzen Bearbeitungszeiten, die umweltfreundlichen Verfahren und die Möglichkeit, zahlreiche funktionelle Gruppen zu erzeugen. Folglich sind die Anwendungsmöglichkeiten dieser Techniken weitreichend und vielfältig.
Innerhalb der PPM-Forschungsgruppe erforschen wir die Herstellung von dünnen Plasma-Polymer- (pp) und Komposit-Beschichtungen sowohl im Makro- als auch im Mikro-Maßstab, wobei wir einen interdisziplinären Ansatz verfolgen, der Plasmatechnologie, Prozessentwicklung, Polymerchemie und Materialwissenschaft miteinander verbindet. Ein Schwerpunkt ist die Erforschung und Entwicklung von plasmabasierten Werkzeugen und Prozessen zur maskenlosen, hochauflösenden Oberflächenmodifikation, insbesondere des Plasmadrucks, mit Anwendungen in verschiedenen Bereichen. Ein wichtiges Forschungsgebiet ist die Schaffung funktioneller Oberflächen für die Kopplung von Biomolekülen für Biosensoren, Zellanwendungen und Mikrofluidik im Bereich der Biowissenschaften (einschließlich Medizin, pharmazeutische Anwendungen und Biotechnologie). Darüber hinaus untersuchen wir plasmabasierte Oberflächenmodifikationen für die Elektronik, die Halbleiterindustrie, die Mikrofabrikation und die Entwicklung neuer Materialien.
Weitere Schwerpunkte sind die Identifizierung sicherer und umweltfreundlicherer Ausgangsstoffe für die Herstellung von pp-Filmen unter Umgebungsbedingungen, die Synthese dünner Hydrogelschichten, die Erzeugung maßgeschneiderter periodischer Strukturen und die Mikro- und Nanostrukturierung verschiedener Materialien (wie Metalle, Polymere, Papier und Fasern) mit Hilfe von Atmosphärendruckplasmen.
Die Eigenschaften dieser erzeugten Schichten und Modifikationen werden mit Hilfe fortschrittlicher Oberflächenanalysetechniken untersucht, die Einblicke in die Schichtstruktur und -stabilität in Abhängigkeit vom verwendeten Beschichtungs- oder Abtragungsverfahren geben.
Technologische Ausstattung
Die PPM-Forschungsgruppe hat in Zusammenarbeit mit anderen Forschungsgruppen des Instituts eigene Plasmadruckgeräte und -verfahren entwickelt und optimiert. Zu den wichtigsten Innovationen gehören eine Mikro-Atmosphärendruck-Plasmaquelle, bekannt als MicroPulsar, und die Surface Atmospheric Pressure Plasma Printing (SurfAP3®) Technologie. Dieses hochmoderne Verfahren ermöglicht die ortsselektive Abscheidung von Plasmapolymer-, Metall- und Verbundstoffbeschichtungen sowie Oberflächenmodifikationen mit Strukturgrößen von 35 bis 500 μm, die alle durch die MicroPulsar-Plasmastrahlquelle ermöglicht werden.
MicroPulsar ist ein hochmodernes Direktschreibgerät, das sowohl leitende als auch nichtleitende Substrate mit hoher Effizienz und niedrigen Betriebskosten behandeln kann. Er ist skalierbar, modular und auf Wunsch OEM-kompatibel, was ihn für verschiedene Anwendungen jenseits des Plasmadrucks anpassbar macht, z. B. in der Medizintechnik, Forschung und Entwicklung neuer Materialien.
Durch den Einsatz von MicroPulsar, SurfAP3® und verschiedenen Plasmadruckern ermöglichen wir die plasmagestützte Mikrofabrikation und die plasmabasierte additive Fertigung bei Atmosphärendruck, die sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet, darunter Mikroelektronik, flexible Elektronik, Halbleiter, heterogene Integration, Biowissenschaften, Sensortechnik, Fertigung im Weltraum, Optik/Photonik, Kosmetik und vieles mehr.
Dünne plasmapolymerisierte (pp) Filme und Verbundwerkstoffe, einschließlich dünner Hydrogel- und periodischer Strukturschichten, werden mit verschiedenen Atmosphärendruck-Plasmareaktoren hergestellt, wobei Schichten mit einer Dicke von Nanometern bis zu einigen Mikrometern und einer lateralen Größe von Mikrometern bis Zentimetern entstehen. Die plasmabasierte Vernetzung oder Aushärtung verschiedener Vorläufer, zum Beispiel zur Erzeugung von Schichten, die mit sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen angereichert sind, oder von leitfähigen Schichten, ist möglich. Untersuchungen zur chemischen Zusammensetzung, Morphologie und Stabilität der plasmapolymerisierten Schichten in wässriger Umgebung und anderen Versuchsanordnungen werden durchgeführt, um ihre Funktionalität zu prüfen und sie für industriebezogene Anwendungen zu validieren.
Die Eigenschaften der erzeugten Schichten und Modifikationen werden mit verschiedenen Methoden der Oberflächenanalyse untersucht, um Einblicke in die Schichtstruktur und -stabilität in Abhängigkeit vom Beschichtungs- oder Abtragungsverfahren zu erhalten. Einige dieser Methoden sind: AFM, AFM-IR, SEM, XPS, Profilometrie, FTIR, Wasserkontaktwinkel, Weißlichtinterferometrie und optische Ellipsometrie.
Zur Ausrüstung für die Erforschung und Entwicklung von Biosensoroberflächen gehören unter anderem: Quarzkristallmikrowaage, elektrochemische Geräte (wie elektrochemische Rastermikroskope und Potentiostaten), ein Oberflächenplasmaresonanzsystem sowie grundlegende mikrofluidische Geräte.
Kontakt
Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.
Felix-Hausdorff-Str. 2
17489 Greifswald
Laura Barillas-Mora
Leitung Plasma-Printing & Mikrofabrikation
Tel.: +49(0) 3834 554 3802
Fax: +49(0) 3834 554 301
