Oberflächen nach Maß

Barriere- und Präzisionsschichten

Funktionale Schichten für Schutz, Effizienz und Langlebigkeit

Der Forschungsbereich entwickelt funktionale Schichten, die Materialien gezielt schützen und ihre Eigenschaften verbessern. Im Fokus stehen plasma- und strahlassistierte Beschichtungsverfahren, mit denen sich hochwertige Schichten auch auf temperaturempfindlichen Materialien und Bauteilen herstellen lassen. 

Dabei decken die Arbeitsgruppen gemeinsam die gesamte Bandbreite von der Analyse und dem Verständnis der Beschichtungsmethoden über das gezielte Design funktionaler Schichten bis hin zu deren Herstellung, Charakterisierung und Überführung in anwendungsnahe Technologien ab. 

Forschungsteam

Wissenschaftliche Mitarbeiter*innen

  • Dr. Yeliz Unutulmazsoy
  • Dr. Dmitry Kalanov
  • Dr. Patrick C. With
  • Dr. Jürgen W. Gerlach
  • Dr. Sonja Cremer 
  • Mirko Naumann

Promovierende

  • Mafaz Ahmed
  • Raghda Abdelfattah

Technische Mitarbeiter*innen

  • Udo Trimper
  • Bettina Benke
  • Thomas Pröhl
  • Uwe Gey

Technologien der Schichtentwicklung und Beschichtung

Plasma- und strahlbasierte Verfahren

  • Plasma- und strahlassistierte Verfahren für Gasphasenabscheidung und nasschemische Beschichtung (Plasmaengineering und Photokonversion)  
  • Abscheidung dichter, hochwertiger Schichten bei niedrigen Prozesstemperaturen  
  • Besonders geeignet für empfindliche Substrate wie Polymere und komplexe Schichtsysteme  
  • Untersuchung von Plasma- und Photonenwechselwirkungen mit Oberflächen in Beschichtungsprozessen  

Entwicklung von der Prozesssteuerung bis zur Technologie

Vom Verständnis zum Schichtdesign

  • Korrelation von Prozessparametern und Schichteigenschaften  
  • Wissensbasiertes Design von Schichtsystemen für konkrete Anwendungen  
  • Validierung in anwendungsnahen Szenarien  
  • Transfer in die Praxis gemeinsam mit Industriepartnern  

Anwendungen in Energie, Mobilität und Verpackung

Schutz und Funktionalisierung technischer Systeme

  • Gasbarriereschichten zum Schutz sensibler Materialien und Komponenten  
  • Kompartimentierung von technischen Gasen sowie Verkapselung von elektronischen und optoelektronischen Bauteilen  
  • Beitrag zu Lebensdauer, Effizienz und Sicherheit moderner Technologien  
  • Schlüsseltechnologie für eine ressourceneffiziente Wirtschaft  

Beitrag zu nachhaltigen und leistungsfähigen Technologien

Effizienz, Materialschutz und Skalierbarkeit

  • Material- und Energieeffizienz auch bei niedrigen Temperaturen  
  • Funktionale Schichten für komplexe und empfindliche Substrate  
  • Kombination aus Grundlagenverständnis und anwendungsorientierter Entwicklung  
  • Relevanz für Energie, Mobilität, Elektronik und nachhaltige Technologien 

Technologien der Schichtentwicklung und Beschichtung

Plasma- und strahlbasierte Verfahren

  • Plasma- und strahlassistierte Verfahren für Gasphasenabscheidung und nasschemische Beschichtung (Plasmaengineering und Photokonversion)  
  • Abscheidung dichter, hochwertiger Schichten bei niedrigen Prozesstemperaturen  
  • Besonders geeignet für empfindliche Substrate wie Polymere und komplexe Schichtsysteme  
  • Untersuchung von Plasma- und Photonenwechselwirkungen mit Oberflächen in Beschichtungsprozessen  

Forschungsthemen im Überblick

Blick in eine Vakuumkammer beim Hochleistungsimpuls-Magnetronsputtern einer Titankathode in einer Argon-Atmosphäre bei Niederdruck.

Plasma Engineering - Wissensbasiertes Schichtdesign mit Vakuumplasmen

Plasmadiagnostik und Materialwissenschaft gehen Hand in Hand – für die gezielte Dünnschichtentwicklung für Energie, Elektronik und Barrieretechnologien. 


Technische Mitarbeiterin arbeitet an der Rolle-zu-Rolle Anlage zur Fertigung von transparenten flexiblen Verkapselungsfolien für Dünnschichtphotovoltaik.

Wissensbasiertes Beschichtungsdesign mit Photonen bei Atmosphärendruck

Photonenbasierte Beschichtung bei niedrigen Temperaturen – ideal für empfindliche Materialien. Industrienah.


Folienabwicklung an der Rolle-zu-Rolle Anlage zur Fertigung von transparenten flexiblen Verkapselungsfolien für Dünnschichtphotovoltaik.

Schichtkonversion mit Atmosphärendruckplasmen

Funktionale Schichten unter Umgebungsbedingungen – reaktiv und skalierbar. 


Blick in das Innere eines Röntgendiffraktometers, das zur Charakterisierung von Schichteigenschaften genutzt wird.

Strukturelle und funktionale Schichtcharakterisierung

Materialeigenschaften analysieren und verstehen – von der Struktur bis zur Anwendung.  


Aufnahme von einer HiPIMS-Entladung mit einem Titan-Target.

Plasmadiagnostik für das Design von Dünnschichten

Plasmen verstehen und gezielt steuern – Grundlage für reproduzierbare Schichtabscheidungen. 


Ausgewählte Forschungsbeispiele

Wasserstoffbarriereschichten für Energieanwendungen

Schutz von Materialien für Speicherung und Transport von Wasserstoff 

Mit dem Ausbau der Wasserstoffwirtschaft steigt der Bedarf an Materialien, die den Durchtritt von Wasserstoff zuverlässig verhindern. Besonders polymerbasierte Systeme stoßen hier an ihre Grenzen. 

Am IOM werden deshalb plasma- und photonengestützte Verfahren entwickelt, um dichte anorganische und hybride Barriereschichten gezielt bei niedrigen Temperaturen herzustellen. Dabei wird systematisch untersucht, wie Struktur und Zusammensetzung der Schichten die Permeationseigenschaften beeinflussen. 

Ziel ist ein grundlegendes Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen, um Barriereschichten gezielt für konkrete Anwendungen auslegen zu können. 

Ergebnis: 

  • deutlich reduzierte Gaspermeation  
  • verbesserte Materialauslegung für Wasserstoffsysteme  
  • Grundlage für sichere Speicherung und Transport  
Langzeitstabilität von Barriereschichten

Alterungsprozesse verstehen und Materialien zuverlässig machen 

Barriereschichten in Anwendungen wie Wasserstofftechnologie oder Photovoltaik müssen über lange Zeiträume stabil bleiben – auch unter mechanischer und chemischer Belastung. 

Am IOM werden deshalb Barriereschichtmaterialien beschleunigten Alterungsprozessen unterworfen und deren Langzeitstabilität in Abhängigkeit der Schichtherstellungsbedingungen gezielt untersucht. Im Fokus stehen komplexe polymere Schichtsysteme, deren Struktur sich unter Belastung verändert und damit ihre Funktion beeinflusst. 

Durch die Kombination von gezielten Belastungstests und Analytik werden Prozess-Material-Beziehungen identifiziert, die für die Lebensdauer entscheidend sind. 

Ergebnis: 

  • Verständnis von Alterungsmechanismen  
  • gezielte Optimierung der Langzeitstabilität  
  • höhere Zuverlässigkeit in realen Anwendungen  
Energieeffiziente Plasma-assistierte Dünnschichtabscheidung

Hochwertige Schichten bei niedrigen Temperaturen herstellen 

Viele moderne Materialien und Substrate – insbesondere funktionale Schichtsysteme – sind temperaturempfindlich und lassen sich nur eingeschränkt beschichten. Gleichzeitig ist der Energieverbrauch klassischer Verfahren hoch. 

Am IOM werden Beschichtungsverfahren weiterentwickelt, um Schichten bei deutlich reduzierten Temperaturen abzuscheiden. Dabei umfasst das Plasma-Engineering die Kombination plasmadiagnostischer Methoden mit materialwissenschaftlicher Kompetenz. Genutzt wird dabei das Atomic-Scale Heating, bei dem die Energie der schichtbildenden Teilchen gezielt im Wachstumsprozess der Schicht genutzt wird, anstatt das gesamte Substrat zu erhitzen. 

Dadurch lassen sich hochwertige Schichten auch auf empfindlichen Materialien herstellen und gleichzeitig Energie einsparen. 

Ergebnis: 

  • reduzierte Prozess- und Substrattemperaturen  
  • energieeffizientere Beschichtungsverfahren  
  • neue Möglichkeiten für temperaturempfindliche Materialien