Auszeichnung für die Herstellung komplexer Oberflächenstrukturen

15.07.2016

Der SAOT Innovation Award der Erlangen Graduate School in Advanced Optical Technologies geht 2016 an Maximilian Rumler. Der diplomierte Mechatronik-Ingenieur erhält die Auszeichnung für einen neuartigen Ansatz zur Herstellung so genannter "hierarchischer" Strukturen. Rumler entwickelte die Methode im Rahmen seiner Forschungstätigkeit am Fraunhofer IISB in Erlangen.
Bild: Der Preiträger Maximilian Rumler steht neben dem Director of Administration an der SAOT und hält die Auszeichnung in der Hand; Copyright: FAU/Georg Pöhlein

Dr. Andreas Bräuer (links), Director of Administration an der SAOT, und SAOT Innovation Award-Preisträger Maximilan Rumler (rechts) bei der Preisverleihung am 8.7.2016 an der FAU Erlangen-Nürnberg; © FAU/Georg Pöhlein

Mit hierarchischen Strukturen lassen sich funktionale Oberflächen realisieren, die für viele technische Anwendungen, etwa in der Photonik oder Biotechnologie, interessant sind.

Der mit 20.000 Euro dotierte SAOT Innovation Award wurde am 8. Juli 2016 zusammen mit weiteren von der Erlangen Graduate School in Advanced Optical Technologies (SAOT) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ausgelobten Forschungspreisen bei einer feierlichen Zeremonie in Erlangen verliehen.

Maximilian Rumler beschäftigte sich im Rahmen seiner Doktorarbeit am Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen mit Möglichkeiten zur großflächigen Herstellung von Nanostrukturen für photonische Anwendungen. Die Auszeichnung der SAOT erhält er nun für die Entwicklung eines neuartigen Ansatzes, der unter anderem die Herstellung so genannter "hierarchischer" Strukturen bedeutend vereinfachen kann.

Hierarchische Strukturen vereinen Topographien verschiedener Größenskalen – hier einmal im Mikrometer- und einmal im Nanometerbereich. Durch diese Kombination können spezielle physikalische Eigenschaften von Oberflächen hervorgerufen werden. Beispiele dafür finden sich in der Natur, etwa beim bekannten Lotos-Effekt: Die Blätter der Lotospflanze besitzen auf der Oberfläche eine Doppelstruktur, die für eine geringe Benetzbarkeit sorgt und damit wasserabweisend wirkt. Derartige Strukturen sind auch für verschiedenste technische Anwendungen, wie etwa in der Photonik oder in der Biotechnologie, von größtem Interesse. Ein Einsatzgebiet könnte z.B. die Herstellung von optischen Wellenleitern mit integrierten Gitterstrukturen für Gas-Sensoren sein.

Bislang muss die Erzeugung hierarchisch strukturierter Oberflächen zumeist sehr aufwendig in mehreren Schritten erfolgen, da die Mikro- und Nanostrukturen aufgrund ihrer stark unterschiedlichen Größenordnung nicht simultan hergestellt werden können. Genau hier setzt die Idee von Maximilian Rumler an, wobei er die Vorteile zweier existierender Strukturierungstechnologien kombiniert: direktes Laserschreiben (DLS) und substratkonforme Imprintlithographie (SCIL) in einem Schritt.

Mit Hilfe des DLS-Verfahrens wird eine lichtempfindliche Polymerlackschicht durch einen Laser lokal ausgehärtet. Durch die gezielte Führung des Laserstrahls lassen sich die gewünschten Strukturen im Mikrometermaßstab direkt schreiben. Zusätzlich werden die gewünschten kleineren Nanostrukturen mit einer transparenten – und damit für den Laserstrahl durchlässigen – Prägeform per SCIL-Verfahren in die Polymerschicht der Oberfläche gestempelt. Damit lassen sich in einem einzigen Prozessschritt sowohl die durch den Laser definierten Mikrostrukturen als auch die durch die Prägeform vorgegebenen Nanostrukturen der funktionellen Oberfläche aushärten. Wo kein Laserstrahl auftrifft, bleibt der Lack flüssig und lässt sich anschließend einfach auswaschen, hier verbleibt das darunterliegende Trägersubstrat der Strukturen, z.B. Glas oder Silizium.

Aktuell arbeitet Maximilian Rumler als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente (LEB) der FAU. Im Verlauf des nächsten Jahres wird er das Preisgeld dazu verwenden, die Möglichkeiten und Grenzen des von ihm entwickelten Ansatzes zu untersuchen.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer IISB
Mehr über das Fraunhofer IISB unter: www.iisb.fraunhofer.de