Surface Engineering

Gruppenleitung:

Forschungsschwerpunkt dieser Gruppe ist die gezielte Bearbeitung von Oberflächen mit Hilfe der am Institut grundlegend erforschten und mittlerweile etablierten Laserinterferenzstrukturierung (Kurzform DLIP = direct laser interference patterning), um Oberflächen bzgl. tribologischer Eigenschaften, Benetzungsverhalten und antimikrobieller Wirkung gezielt zu verbessern.

Im Jahr 2016 hat die Gruppe den in der anwendungsnahen Laserforschung renommierten Berthold-Leibinger Innovationspreis für die innovative Anwendung der Laserinterferenzstrukturierung zur Verbesserung der Reibungs- und elektrischen Eigenschaften von industriell produzierten elektrischen Steckverbindern erhalten. Bei der Laserinterferenzstrukturierung werden hochenergetische, gepulste Laserstrahlen miteinander überlagert, um definierte Intensitätsverteilungen und damit Oberflächentopographien mit einer präzisen, lateralen Strukturgröße, der Strukturperiode P, zu erzeugen.

Die genaue Verteilung der Laserintensität kann durch die Anzahl der kombinierten Strahlen sowie deren Winkel untereinander definiert eingestellt werden. In Abbildung 1a ist schematisch das Prinzip der Laserinterferenz für eine Zweistrahlinterferenz dargestellt. Abbildung 1 zeigt weiterhin die Verteilung der Laserintensität bei Kombination von zwei (b) oder drei (c) Strahlen.

Bei der DLIP-Technik sublimiert oder schmilzt das Material (je nach verwendetem Material und verwendeter Pulsdauer) an den Stellen der maximalen Laserintensität, wodurch definierte Topographiemuster auf der Oberfläche entstehen. Durch diese Methode können Strukturmuster bis in den Sub-Mikrometer-Bereich realisiert werden.
Die Kombination aus umfassenden Charakterisierungsmöglichkeiten und der Erfahrung im Bereich der Laserinterferenztechnik ist ein Alleinstellungsmerkmal des Lehrstuhls für Funktionswerkstoffe und erlaubt ein tiefergehendes, materialwissenschaftliches Verständnis der Funktionsmechanismen der erzielten Effekte im Bereich der Tribologie, des Benetzungsverhaltens und antimikrobieller Eigenschaften von Oberflächen.
 
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Abbildung 1: (a) Schematische Darstellung der Laserinterferenzstrukturierung mit entsprechenden Größenordnungen; berechnete lntensitätsverteilungen bei b)
Zweistrahl-Interferenz und
c) Dreistrahl-Interferenz.