"InLaTec" - Konzipierung einer industrietauglichen Interferenz-Laserstrukturierungs-Technologieplattform zur Funktionalisierung von Oberflächen; Teilprojekt D: Materialdiagnostische Prüfverfahren zur prozessbegleitenden Bewertung von Funktionsoberflächen

Abstract

Das GRAVOMER-Projekt »InLaTec« verfolgte das Ziel, eine industrietaugliche Technologieplattform zur Laserstrukturierung auf Basis des Direct Laser Interference Patterning (DLIP) Verfahrens zu entwickeln. Da man im Sinne der Ziele des GRAVOmer-Verbundes diese Methode als identifizierte Schlüsseltechnologie insbesondere zur Strukturierung von transparenten Materialien wie Polymeren einsetzen möchte, mussten verschiedene technische und physikalische Randbedingungen erfüllt werden. Hierzu gehörte die Entwicklung eines UV-Lasersystems, das bei 266 nm arbeitet (hier sind Polymere nicht mehr transparent und die Laserenergie kann einkoppeln) mit einer Pulsdauer im unteren ns-Bereich sowie spezifischer Energie (max. 0,5 mJ) und Leistung (4 W). Die zweite Komponente, die im Projekt entwickelt wurde, war schließlich das kompakte Interferenzmodul, das zur Realisierung industrietauglicher Prozessgeschwindigkeiten (mind. 5 m/s) mit einem Galvanometer-Scanner ausgestattet wurde und periodische Strukturen bis in den sub-µm-Bereich kann. Zur Prozessintegration wurde das Modul auch anlagentechnisch für die R2R Anwendung und als Stand-alone-Konfiguration konzipiert, angesteuert und in verschiedenen Aufbaumodi erfolgreich getestet. Verschiedene Betriebsmodi des UV-DLIP-Moduls zur Herstellung vergleichbarer Mikro- und Nanostrukturen wurden erfolgreich an polymeren Substraten erzeugt und in Abhängigkeit der Prozessparameter verglichen, auch für die unterschiedlichen Aufbaukonfigurationen des Systems, um die Übertragbarkeit des DLIP-Prozesses und die Reproduzierbarkeit der Zielstrukturen zu bewerten. Im Teilvorhaben des Fraunhofer CSP „Materialdiagnostische Prüfverfahren zur prozessbegleitenden Bewertung von Funktionsoberflächen“ wurden die verschieden strukturierten Polymermaterialien mikro-strukturell untersucht, um die DLIP-Prozesse während der Entwicklung des Moduls und auch in den verschiedenen Betriebsmodi und Aufbaukonfigurationen zu evaluieren. Hierzu wurden als beispiel-hafte Funktionsoberfläche optische Effektstrukturen (interferenzbasierter Regenbogeneffekt, der auf der wellenlängenabhängigen Beugung und Reflexion an der Oberfläche beruht) festgelegt. Für die speziellen Strukturen im sub-µm-Bereich, die lichtoptisch nur begrenzt charakterisierbar sind, wurden die polymeren Proben so präpariert, dass sie ohne Aufladungsartefakte elektronenmikroskopisch unter-sucht werden konnten. So konnten die Topografieeigenschaften erfolgreich untersucht werden. Zum qualitativen und quantitativen Nachweis der optischen Funktionseigenschaften (spektrale Reflexionseigenschaften, Farbintensität) wurde eine Messmethode basierend auf einem Spektrometer (PerkinElmer Lambda 1050) mit einem Hardwaretool (ARTA-Tool), das die winkelabhängige spektrale Reflektanzmessung von Oberflächen ermöglicht, weiterentwickelt. Mit dieser Methode kann die Intensität der auf den periodischen sub-µm-Strukturen basierenden winkelabhängigen Farbwahrnehmungen (Regenbogeneffekt) messtechnisch erfasst und vergleichend für verschiedene Strukturen bewertet werden.