Vielseitige Nanostrukturen auf Glasflächen
Entwickler bei Schott bauen die Nanoimprint-Technologie aus und öffnen die Tür zu einer großen Anwendungswelt.
Der Technologiekonzern Schott hat ein Verfahren zur Nanostrukturierung von Oberflächen weiterentwickelt, das heute zu einer der bedeutenden „Emerging Technologies“ zählt: die Nanoimprint-Lithographie. Damit soll eine Vielfalt innovativer Anwendungen entstehen – von dekorativer Edelstahloptik auf Glas über OLED-Applikationen bis zu photonischen Kristallen.
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Mit der Nanoimprint-Lithographie, einer mechanischen Nanoprägetechnik, sowie in Kombination mit speziellen Beschichtungsmaterialien und -verfahren lassen sich komplexe funktionale Oberflächenstrukturen schaffen. Diese reichen bis in den Nanometerbereich – also ein Milliardstel Meter – und sind so ausgeklügelt, dass sie einfallendes Licht gezielt lenken, reflektieren, absorbieren oder manipulieren können. Auch lassen sich Oberflächen mit einer bestimmten Haptik oder einer dekorativen Anmutung erzeugen.
„Wir arbeiten intensiv am Ausbau der Nanostrukturierung zu einer Technologieplattform für die Erschließung innovativer Anwendungen und Produkte“, sagt Eveline Rudigier-Voigt, Senior Manager Coating bei Schott Research & Technology. Bislang war die Technologie industriell und auf relativ großen Flächen nur für biegbare Substrate, hauptsächlich Kunststoffe, einsetzbar. Mit rigidem Material wie etwa Glas ließen sich nur kleine Formate realisieren – zum Beispiel nanooptisch strukturierte Wafer oder diffraktive optische Elemente (DOE) als Nachfolger von klassischen Linsen und Spiegeln. Zudem arbeiten bisherige Verfahren sehr langsam, benötigen viele Prozessschritte oder eignen sich nicht für große Flächen bzw. starre Substrate wie Spezialglas.
Dagegen erlaubt ein erster technologischer Prototyp von Schott nicht nur die Nanostrukturierung von Glas, sondern auch die schnelle Fertigung von 30 mal 40 Quadratzentimeter großen Glasformaten. Auch hat Schott auf Basis chemischer Nanotechnologie einen speziellen Lack auf Sol-Gel-Basis entwickelt, in den sich Nanostrukturen prägen lassen. Aufgebracht auf ein Glassubstrat, lassen sich damit unterschiedlichste Eigenschaften realisieren wie etwa ein speziell angepasster Brechungsindex für optische Anwendungen. Zudem sind diese Strukturen nun temperaturbeständig und widerstehen Temperaturen von über 200 bis 700 Grad Celsius.
Abb.: Zur Fertigung eines optischen Interferenzgitters für die Beugung von Licht wird ein Stempel hergestellt. (Bild: Schott)
„Diese Technologieplattform öffnet die Türen zu vielfältigen Anwendungen. Für viele davon sind unsere Materialien und das Verfahren auf Basis von Patentanmeldungen breit abgesichert“, so Dr. Matthias Bockmeyer, Schott Senior Manager Material Development. Mögliche Anwendungsfelder sind etwa Architekturgläser mit antireflektierenden Oberflächen, Hologramme für den Markenschutz oder optische Nanostrukturen zur Lichtauskopplung für OLED’s (organische Licht emittierende Dioden). Denkbar sind auch Diffusionsfilter zur gleichmäßigen Verteilung von Licht auf Bildschirmen. Interessant für die Dünnschicht-Solartechnik sind darüber hinaus optische „Light-Trapping“-Konzepte (Lichtfallen) zur effizienten Absorption von Licht durch das nanostrukturierte Substrat. Ein weiteres Zukunftsfeld sind spezielle kristalline Siliziumstrukturen zur kostengünstigen Herstellung von photonischen Kristallen, um die Leistungsfähigkeit der (optischen) Datenverarbeitung deutlich zu steigern – Voraussetzung für den optischen Supercomputer der Zukunft.
Bei Schott denkt man bereits über eine mögliche dekorative Anwendung im Hausgerätebereich nach: der Erzeugung einer realistischen, gebürsteten Edelstahloptik auf Glas. Dadurch lassen sich die Materialvorteile von Glas wie etwa leichte Säuberung und Kratzfestigkeit mit der edlen Anmutung von Metall verbinden.
Schott / OD
