Lösungen für mehr Funktionalität
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
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Neue Lösungen und neue Anwendungen – Werkstoffe und Oberflächen mit innovativen Funktionen
Für viele neue Anwendungen kombinieren wir völlig unterschiedliche Werkstoffeigenschaften, damit Sie von ungewöhnlichen neuen Funktionen profitieren können. Beispielsweise in der Medizintechnik, der Solarzellenindustrie oder der Optik gilt es, neben optischer Transparenz und elektrischer Leitfähigkeit, auch Verformbarkeit oder Festigkeit exakt einzustellen.
In unseren virtuellen und experimentellen Labors gewinnen wir tiefe Einblicke in komplexe Werkstoffe und deren Verhalten, um ihre Eigenschaften für Sie maßzuschneidern:
- Transparente und elektrisch leitende Oxide für Photovoltaik und Optoelektronik
- Virtuelles Werkstoffdesign
- Funktionale Nanostrukturen für Sensorik, Optik und Medizintechnik
Optisch transparente und elektrisch leitende Oxide für die Photovoltaik und die Optoelektronik
In der Photovoltaik und Optoelektronik gibt es viele Anwendungen für optisch transparente und elektrisch leitende Dünnfilmsysteme. Diese Eigenschaft bringen Oxide wie ZnO und TiO2 mit, die wegen ihrer großen Bandlücke eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich aufweisen. Durch Dotierung mit Fremdatomen kann ihre elektrische Leitfähigkeit erhöht werden. Um verschiedene Dotieratome hinsichtlich des energetischen Aufwand für ihren Einbau zu vergleichen und die zu erwartende elektronische Struktur genauer zu untersuchen, werden Berechnungen, basierend auf der Dichtefunktionaltheorie (DFT) durchgeführt: Zur Beschreibung z.B. des polykristallinen TiO2 werden Superzellenmodelle von Korngrenzen konstruiert. Für diese werden z.B. Grenzflächenenergien sowie lokale elektronische Zustandsdichten berechnet. So sind Vorhersagen von Eigenschaften für neue Werkstoffsysteme möglich.
Transparente, leitfähige Oxide für die Photovoltaik und die Optoelektronik (PDF)
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Virtuelles Werkstoffdesign
Gefüge von Verbundwerkstoffen werden in realitätsgetreue Finite-Elemente-Modelle überführt. Unterschiedliche Matrizes, Grenzflächen und Gefüge von Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden können im Modell beliebig kombiniert werden. Die Ergebnisse dieser Werkstoffsimulation liefern so wichtige Hinweise für die zielgerichtete Entwicklung von Verbundwerkstoffen und -komponenten mit optimierten Eigenschaften.
Mikrostrukturbasierte Werkstoffsimulation für Verbundwerkstoffe. (PDF)
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Funktionale Nanostrukturen für Sensorik, Optik und Medizintechnik
Die Funktion von Bauteilen und Komponenten kann wesentlich durch gezielte Erzeugung strukturierter Oberflächen beeinflusst werden. Dabei erfordern Anwendungen in Optik, Medizin- und Werkzeugtechnik jeweils unterschiedlich ausgestaltete Oberflächentexturen auf der Mikro- und Nanoskala. Diese werden im Leistungsbereich durch die Ausnützung von Selbstorganisationseffekten beim Wachstum von PVD-Schichten erzeugt. So können zum Beispiel Oberflächen wasser- und schmutzabweisend ausgerüstet, die Zelladhäsion auf der Oberfläche von Implantaten gesteuert und Kunststoffkomponenten direkt im Formgebungsprozess entspiegelt werden.
Erzeugung von PVD-Schichten mit funktionalen Strukturen durch Steuerung von Nukleation und Schichtwachstum PDF
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