Nanotechnologie

Beschichtungstechnologie

Ultrahigh vacuum sputtering chamber for preparation of X-ray mirror multilayers

In der Beschichtungstechnik liegen unsere Arbeitsschwerpunkte im Bereich des Korrosionsschutzes für Leichtbaumaterialien (Helmholtz-Programm "Funktionale Werkstoffsysteme") sowie bei der Entwicklung von Synchrotron-Röntgen sowie Neutronen-Spiegeln, die für Streuexperimente im Rahmen der Materialforschung notwendig sind (Helmholtz-Programm "Großgeräte für die Forschung mit Neutronen, Ionen und Photonen") . Die am Helmholtz-Zentrum Geesthacht eingesetzte Sputtertechnologie erlaubt es, kontrolliert Einzelschichten und Schichtsysteme mit Schichtdicken von einigen Mikrometern bis hinunter zu wenigen Nanometern herzustellen. Für Leichtbau-Werkstoffe sind nanokristalline und glasartige Legierungen äußerst vielversprechend als Korrosionsschutz. Einzelschichten und Multilagen-Spiegel werden für die Anwendung in neuartigen Röntgen- und Neutronenstrahlungsquellen (Synchrotrons, Freie-Elektronen-Laser, Neutronen-Spallationsquellen) optimiert.

Magnetron-Sputter-Beschichtungsanlage zur Beschichtung von langen Röntgenspiegeln bis 1,5 m Länge

Sputteranlage mit Synchrotron-Spiegel

Grundlegende Untersuchungen zur Keimbildung und zum Wachstum sowie Grenzflächenreaktionen in Nicht-Gleichgewichtssystemen standen beim Helmholtz-Zentrum Geesthacht (ehemals GK.SS-Forschungszentrum) Anfang der 1990er Jahre im Vordergrund. Darauf aufbauend entwickelten wir reflektive Röntgenoptiken für Laborgeräte für Röntgendiffraktometrie und -fluoreszenz auf der Basis von Multilagen-Schichtsystemen. Diese zeichnen sich gegenüber dem damaligen Stand der Technik durch eine deutlich verbesserte Schichtdickenhomogenität ebenso aus wie durch definierte Schichtdickengradienten und minimale Rauheit und – daraus folgend – durch eine deutlich erhöhte Reflektivität. Die im Jahr 2002 aus dem ehmaligen GK.SS-Forschungszentrum (heute Helmholtz-Zentrum Geesthacht) gegründete Fa. INCOATEC GmbH verwertet diese Entwicklungen für Röntgenspiegel kommerziell.

TEM Aufnahme einer Multilagenschicht

Das HZG entwickelt nanostrukturierte Totalreflexions- und Multilayeroptiken für Beamlines an Synchrotronspeicherringen, Freie Elektronen Lasern und Neutronenquellen (z. B. FAIR, XFEL am DESY, Hamburg, die zukünftige ESS, Lund, Schweden).

Heute entwickeln wir nanostrukturierte Totalreflexions- und Multilayeroptiken für Beamlines an Synchrotronspeicherringen wie PETRA III und für den Europäischen XFEL. Diese Röntgenoptiken erlauben die Führung, Formung und Monochromatisierung der Photonen bei sehr unterschiedlichen Energien. Diese Röntgenoptiken erlauben die Führung, Formung und Monochromatisierung der Photonen bei sehr unterschiedlichen Energien. Das wiederum bietet der Material- und biologischen Forschung außergewöhnliche neuartige Möglichkeiten zur Materialcharakterisierung.

Für Leichtbaumaterialien in der Verkehrs- und Energietechnik entwickeln wir PVD-Korrosionsschutzschichten, um das Anwendungsfeld von Magnesium-Legierungen zu erweitern. Magnesium besitzt wegen seiner geringen Dichte im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen (wie z. B. Stahl und Aluminium) ein hohes Potenzial im Leichtbau. Aber erst durch eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit kann sich der große Vorteil der Gewichtsreduktion in vielen industriellen Bereichen, besonders im Automobilbau, auswirken. Die Entwicklung von Schutzschichten mittels PVD-Technologie stellt ein aussichtsreiches Verfahren dar, um Magnesium als Grundmaterial entweder oberflächlich von der korrosiven Umgebung zu trennen oder durch Oberflächenreaktionen positiv zu beeinflussen.

Weitere Informationen zum korrosiven Verhalten von Magnesium gibt es hier.