Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
1) Forschungsbereich Oberflächentechnik: Das FESEM stellt ein wichtiges Forschungsinstrument zur Beurteilung der Wachstumscharakteristik plasmapolymerisierter Schichten auf Kunststoffen dar. Durch die hohe erzielbare Abbildungsauflösung des Geräts wurden die bildgebende Defektanalyse abgeschiedener Schichten, die Elementaranalyse an abgeschiedenen Schichten sowie die Bewertung erzielter Schichtdicken. Diese Arbeiten werden vorwiegend im Rahmen des Sonderforschungsbereichs TR87 in Zusammenarbeit mit zahlreichen Instituten und Lehrstühlen der RWTH Aachen University, der Ruhruniversität Bochum und der Universität Paderborn durchgeführt. Sie dienen zur Erarbeitung von Prozess/Eigenschafts-Korrelationen. 2) Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“/Integrierte Herstellung funktionaler Mikrostrukturen: Gegenstand ist u.a. die Untersuchung einer Prozesskette zur Herstellung mikrostrukturierter Kunststoffoptiken von der optischen Auslegung der Strukturen über die Werkzeugstrukturierung und -beschichtung, den Replikationsprozess bis hin zur Funktionsprüfung. Die Kernkompetenz des Instituts ist dabei die Analyse und Optimierung der Replikation im Spritzgieß- sowie im Extrusionsprägeprozess mithilfe von variothermen Temperierverfahren. Das FESEM leistet hier besondere Hilfestellung, da hier alle für die Fertigung strukturierter Kunststoffoptiken relevanten Disziplinen eingebunden sind und die Untersuchungsergebnisse bestmöglich genutzt werden. 3) Graphol – Anwendung von Graphen in Polymeren und Polymer-Kompositionen: Die Grundlage für geeignete Formulierungen Graphen-basierter Kunststoffe für funktionsintegrierte Bauteile werden im Wechselspiel von Compoundierversuchen und Analysen entwickelt. Das FESEM ermöglicht in diesem Zusammenhang eine hochauflösende bildgebende Füllstoffcharakterisierung, die eine Korrelation zwischen Werkstoffgefüge (Füllstoffform, -größe und -dispergierung) und erzielten Werkstoffeigenschaften erlaubt und damit eine wichtige Grundlage für gezielte Entwicklungen bietet. 4) Elektrisch leitfähige Kunststoffcompounds auf Basis von Füllstoffkombinationen: Das FESEM wird hier zur Bewertung der Anbindung unterschiedlicher Nanofüllstoffe an Carbonfasern in PP-Compounds eingesetzt. Hierdurch konnte nachgewiesen werden, inwieweit die verschiedenen Nanofüllstoffe ein leitfähiges Netzwerk innerhalb des Matrixmaterials bilden und dadurch einen elektrischen Pfad zwischen benachbarten Carbonfasern bilden. 5) Charakterisierung von UD-Tapes mit thermoplastischer Matrix: Unidirektionale thermoplastische Tapes müssen in Abhängigkeit der Verfahren zur Weiterverarbeitung sehr unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Über die Beurteilung von z.B. Imprägnierung, Faserverteilung mittels FESEM und anschließende Quantifizierung über eigens entwickelte Bildverarbeitungsalgorithmen werden Erkenntnisse für weitere Entwicklungen erarbeitet. 6) Herstellung funktionaler Mikrostrukturen im Extrusionsprägeprozess: Abformergebnisse aus dem variothermen Extrusionsprägeprozess zur Herstellung mikrostrukturierter Kunststofffolien wurden mittels FESEM untersucht, um die Abformgüte mit Prozesseigenschaften zu korrelieren. 7) Morphologieanalyse mehrphasiger Kunststoffblends: Eine Bewertung der Phasenverteilung von Kunststoffblends erfolgt üblicherweise durch eine Phasenkontrastierung mit Schwermetallen oder durch nasschemische Vorbehandlungen in Kombination mit der Präparation von Ultradünnschnitten, die dann im TEM untersucht werden. Seit Inbetriebnahme des FESEM wurde in diesem Zusammenhang in den meisten Fällen das TEM vom STEM-Detektor abgelöst, der eine schnellere Untersuchung von Ultradünnschnitten im FESEM erlaubt. Durch den leistungsstarken Rückstreuelektronendetektor (BSD) des FESEM, ist häufig sogar eine Phasenanalyse direkt am Probenschnittblock möglich, wodurch der aufwendige Präparationsschritt zur Erstellung von Ultradünnschnitten entfällt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Barriereausrüstung von Kunststoffen mittels PECVD: Untersuchung zu Wirkmechanismen der Sauerstoff- und Wasserdampftransmission, Vakuum in Forschung und Praxis (28) 1, S. 36-41
Dahlmann, R.; Hopmann, Ch.; Jaritz, M.; Kirchheim, D.
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Herausforderungen beim Schweißen von elektrisch und thermisch leitfähigen Kunststoffcompounds für den Einsatz in Brennstoffzellen, Redox-Flow Batterien und Wärmetauschern, Joining Plastics 11 (2), S. 108-115
Hopmann, Ch.; Facklam, M.; Cohnen, A.
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Process development for the production of plastics parts with micro features. Proceedings of the 4M/ICOMM2015 Conference, Mailand, Italien, 2015 – ISBN: 978-981-09-4609-8
Hopmann, Ch.; Fischer, T.; Heinisch, J.; Röbig, M.; Petzinka, F.
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Untersuchung von Plasmaprozessen und deren Einfluss auf die Verbundeigenschaften von mittels Plasmapolymerisation beschichtetem Polypropylen, Dissertation an der RWTH Aachen, 2016, ISBN 978-3-95886-085-8
Behm, H.W.
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Funktionelle Füllstoffe im industriellen Maßstab, KunststoffXtra 7 (2017) 5, S. 11-15
Hopmann, Ch., Adamy, M.
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Oxygen transport through thin PE-CVD coatings on polypropylene: stacking and temperature dependency; Proceedings of the Society of Plastics Engineers 2017, Anaheim (USA)
Hopmann, Ch.; Yesildag, N.; Kirchheim, D.; Jaritz, M.; Wilski, St.; Dahlmann, R.
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Properties of polyamide 6-graphene-composites produced and processed on industrial scale, AIP Conference Proceedings 1914, 150001 (2017)
Yesildag, N.; Hopmann, Ch.; Adamy, M. and Windeck, Ch.
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Prozessentwicklung zur Abscheidung dehnbarer Barriereschichten auf PET mittels Plasmapolymerisation, Dissertation an der RWTH Aachen, 2017, ISBN 978-3-95886-196-1
Bahroun, K.
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Transport mechanisms through PE-CVD coatings: influence of temperature, coating properties and defects on permeation of water vapour; J. Phys. D: Appl. Phys. 50 (2017)
Kirchheim, D.; Jaritz, M.; Mitschker, F.; Gebhard, M.; Brochhagen, M.; Hopmann, Ch.; Böke, M., Devi, A., Awakowicz, P.; Dahlmann, R.
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PEALD of SiO and AlO thin films on polypropylene: Investigations of the film growth at the interface, stress and gas barrier properties of dyads, ACS Appl. Mater. Interfaces (2018)
Gebhard, M.; Mai, L.; Banko, L.; Mitschker, F.; Hoppe, C.; Jaritz, M.; Kirchheim, D.; Zekorn, Ch.; de Los Arcos, T.; Grochla, D.; Dahlmann, R.; Grundmeier, G.; Awakowicz, P.; Ludwig, A.; Devi, A.
