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Maßgeschneiderte Poren

Neues Verfahren sprüht hochporöse metallorganische Gerüste schichtweise auf Oberflächen auf.

Sprühvorrichtung für die Herstellung von hochporösen kristallinen Oberflächenbeschichtungen (MOFs).

In der Mikro- und Nanotechnologie werden Gasreaktionen per Sensorik überwacht und katalytische Reaktionen untersucht. Dabei kommen sogenannte MOFs (metallorganische Gerüstverbindungen oder Metal-Organic Frameworks) zum Einsatz. Ein MOF ist eine metallorganische Struktur, die wie ein Gerüst aufgebaut ist und in deren Hohlräumen, auch Poren genannt, Gase oder andere Stoffe eingelagert werden können. Die winzigen Gerüststrukturen bestehen aus anorganischen Verbindern, oft Metallionen, die durch organische Streben verbunden sind. Je nach Wahl der Verbinder und Streben entstehen ein-, zwei- oder dreidimensionale kristalline Gebilde mit Poren, die bis zu 10 Nanometer Durchmesser haben können.

Stand der Technik

Konventionelle Verfahren zur Herstellung von MOF-Pulvern im Tonnenmaßstab sind bereits seit einigen Jahren verfügbar. Für viele Anwendungen werden allerdings MOF-Schichten benötigt, die fest auf Substraten verankert sind. Das bisher einzige Verfahren zur Herstellung qualitativ hochwertiger Beschichtungen aus diesem Material erfolgt durch einen Tauchprozess per Hand oder automatisiert durch einen Tauchroboter. Dieser Prozess ist sehr zeitaufwendig und die hergestellte MOF-Schicht ist in der Dicke auf einige Dutzend Schichten limitiert. Beschichtungen mit Dicken größer als 100 Nanometern stellen ein großes Problem dar.

Technologie

Wissenschaftler vom Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem effektiver als bisher qualitativ hochwertige Oberflächenbeschichtungen mit verschiedenen MOF-Typen erzeugt werden können. Eine neue Sprühvorrichtung ermöglicht einen gleichmäßigen und schichtweisen Aufbau von MOF-Strukturen, die auf der Oberfläche von entsprechend vorbehandelten Substraten (Glas, Metalle, Halbleiter) aufgebracht werden können.

Vorteile

Durch die Wahl der Verbinder und Streben lassen sich Größe und Form der Poren ebenso wie deren chemische Funktionalität für die jeweilige Anwendung maßschneidern. Der Prozess läuft automatisiert ab und die chemischen Reaktionszeiten werden minimiert. Mit dem neuen Verfahren lassen sich zudem größere Substrate besprühen und die maximale Dicke der MOF-Schichten ist bedeutend höher: Mehrere Mikrometer sind nunmehr ohne Weiteres erreichbar.

Optionen für Unternehmen

Das KIT sucht Partner zum industriellen Einsatz des Verfahrens.

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dagmar Vössing, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Leitung Technologietransfer, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25582

E-Mail: dagmar.voessing@kit.edu

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