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Vakuum im Labor

Mit Hochvakuumsystemen von der Forschung zum Fortschritt

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Hochvakuumsysteme für die Werkstofftechnik

Es geht auch eine Nummer größer in der Forschung und Entwicklung, wobei die Werkstofftechnik zumeist der kleinste gemeinsame Nenner ist.

Die Werkstofftechnik ist ein interdisziplinärer Bereich, der sich mit der Entdeckung und Entwicklung neuartiger Materialien durch Analyse ihrer Synthese, Struktur, Eigenschaften und Verhalten befasst.

Die Forschungsaktivitäten erstrecken sich über das gesamte Werkstoffspektrum einschließlich elektronischer, optischer und magnetischer Materialien, Polymeren, Implantationswerkstoffen für medizinische Zwecke und Nanowerkstoffen, beispielsweise Graphen. Werkstoffentwicklung stellt den wichtigsten Entwicklungsantrieb für Bereiche wie Elektronik, Pharmazeutik und Medizin, Energie, Nanotechnologie sowie der allgemeinen industriellen Werkstoffherstellung dar.

Ein weiterer Bereich ist die Dünnschichttechnologie. Optische Beschichtungen verbessern das Reflektionsverhalten oder die Übertragungseigenschaften optischer Systeme wie Filter, Linsen, Brillengläsern oder Spiegeln. Typisch ist eine Kombination vieler dünner Schichten, zur Erzeugung unterschiedlicher Reflektionsverhalten oder für leitfähige Schichten. Sie werden üblicherweise durch Zerstäubungs- oder Verdampfungsverfahren aufgebracht.

Dünne Schichten für die Polymerelektronik werden z.B. in den Laboren des COPT-Zentrums der Universität Köln erforscht: In der organischen Elektronik werden in chemischen und physikalischen Prozessen aus Molekülen dünne Schichten erzeugt, die nur im Elektronenmikroskop sichtbar sind. Die organische Elektronik – oder auch Polymerelektronik – ermöglicht dadurch vollkommen neue, bisher nicht realisierbare elektronische Produkte: flexible Displays, Solarzellen auf Folien, medizinische Diagnosegeräte in der Kleidung oder sogar zum Aufkleben auf die Haut. Schon jetzt befinden sich OLEDs (Organische Leuchtdioden) in Leuchten oder Displays von Smartphones. Erste Fernsehgeräte mit OLEDs sind auf dem Markt, unzerbrechliche und flexible Displays aus Kunststoff sind bereits angekündigt. Die organische Elektronik wird in den kommenden Jahren die siliziumbasierte Elektronik durch viele neue Anwendungen ergänzen. Die meisten dieser Prozessschritte werden erst unter Hochvakuumbedingungen möglich.

Oerlikon Leybold Vacuum liefert speziell für die Forschung experimentelle Kammersysteme, in denen diverse Beschichtungen auf Substrate aufgebracht werden können. Die Beschichtungsanlagen Univex 350 G sind mit absolut trockenlaufenden Pumpen wie der Scrollvac und der Turbovac Magintegra ausgerüstet und schützen die empfindlichen OLED-Materialien vor Sauerstoff.

Drei Vakuumsysteme der Reihe Univex 350 G wurden hier mit Glovebox-Einheiten kombiniert, die unter dem Schutz einer reinen Stickstoffatmosphäre betrieben werden. Die Systeme der Univex-Reihe liefern reproduzierbare Ergebnisse – effizient und kostengünstig. Univex-Systeme sind teilstandardisiert, bei gleichzeitiger modularer Auslegung. Damit ermöglichen sie eine individuelle Ausstattung sowie nachträgliches Auf- und Umrüsten bei veränderten Prozessbedingungen und hoher Zuverlässigkeit.

Simulation für die Weltraumforschung

Ein gutes Beispiel für die Interaktion dieser Technologien bei großen Projekten ist die Raumfahrt. Raumfahrtmissionen, wissenschaftliche oder kommerzielle Satelliten, Raumforschungsprojekte wie die Rosetta-Mission der ESA oder der Rover der NASA-Marsexpedition können nur gelingen, wenn alle eingesetzten Werkstoffe, Komponenten und Baugruppen erfolgreich unter Hochvakuum- und Ultrahochvakuumbedingungen getestet wurden. Weltraumsimulationskammern gibt es in allen Größen: von wenigen Litern zum Testen kleiner Objekte wie Leiterplatten bis hin zu mehreren tausend Kubikmetern für den Nachweis der Raumfahrttauglichkeit ganzer Raumschiffe.

* P. Lambertz: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH, 50968 Köln

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