SCHOTT solutions Nr. 2/2012 > Nanostrukturierung

SCHOTT Entwickler haben das Nanoimprint-Ver­fahren weiterentwickelt. Damit lassen sich zum Beispiel Hologramme auf Glasoberflächen erzeugen. Foto: SCHOTT/C. Costard

Gezielt Licht lenken


SCHOTT Entwickler erzeugen Nanostrukturen auf Glasflächen und bauen die Nanoimprint-Technologie zur Plattform für die Kreation innovativer Produkte und Anwendungen aus.


Thilo Horvatitsch

Unter dem Auge des Elektronenmikroskops bilden sie eine Landschaft geheimnisvoller, gleichför­miger Skulpturen: periodisch angeordnete Siliziumkristalle auf einer Glasoberfläche. Ihre Form, Größe und die Abstände zueinander lassen sich im Mikrometer- und Nanometer-Maßstab präzise festlegen. Dazu haben SCHOTT Entwickler ein Verfahren zur Nanostrukturierung von Oberflächen weiterentwickelt, das heute zu den bedeutendsten „Emerging Technologies” zählt: die sogenannte Nanoimprint-Lithographie.

Mit dieser Nanoprägetechnik sowie in Kombination mit speziellen Beschichtungsmaterialien und -verfahren lassen sich kom­plexe funktionale Oberflächenstrukturen schaffen. Diese sind so klein und 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.
Zum Fertigungsprozess gehört die Aushärtung mit ultravioletter Strahlung. Foto: SCHOTT/C. Costard
„Wir wollen diese neuen Möglichkeiten nutzen und arbeiten intensiv am Ausbau der Nanostrukturierung zu einer Technologieplattform für die künftige Erschließung innovativer Anwendungen und Produkte”, sagt Dr. Eveline Rudigier-Voigt, SCHOTT Senior Manager Coating. Die Basis dafür steht: Das Nanoimprint-Verfahren wurde in mehreren Punkten weiter­entwickelt. 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. rigide Substrate wie Spezialglas. Dagegen erlaubt ein erster technologischer Prototyp von SCHOTT nicht nur die Nanostrukturierung von Glas, sondern auch die schnelle Fertigung von 30 cm x 40 cm großen Glasformaten.

Auch hat SCHOTT auf Grundlage 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.
Zur Fertigung eines optischen Interferenzgitters für die Beugung von Licht wird ein Stempel hergestellt (links). Mit dem Verfahren von SCHOTT lässt sich auch eine realistische, gebürstete Edelstahloptik auf Glas erzeugen (rechts). Foto: SCHOTT/C. Costard
Zusätzlich sind diese Strukturen nun temperaturbeständig. Abgesehen vom ohnehin hitzefesten Glassubstrat, widerstehen die hier entwickelten oder verwendeten Beschichtungsmaterialien Temperaturen von über 200 bis 700 Grad Celsius. So lassen sich auch hochtemperaturstabile glasige Sol-Gel-Lacke erzeugen, die sich für Produkte eignen, die hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind.

„Diese Technologieplattform öffnet die Türen zu vielfältigen Anwendungen. Für viele davon sind unsere Materialien und das Verfahren auf Basis von Patentanmeldungen breit abgesichert”, sagt Dr. Matthias Bockmeyer, SCHOTT Senior Manager Material Development. Mögliche Anwendungsfelder sind Architekturgläser mit speziellen, antireflektierenden Oberflächen, Hologramme für den Markenschutz oder optische Nano-strukturen zur Lichtauskopplung für OLEDs (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.

Bei SCHOTT denkt man über eine mögliche dekorative Anwendung im Hausgerätebereich nach: die 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. Darüber hinaus erlaubt die Nanoimprint-Technologie eine große Vielfalt an Strukturen und Farbgebungen auf Glasoberflächen.

Ein wichtiges Zukunftsfeld können für SCHOTT die eingangs erwähnten, auf Wellenlängen-Skala periodisch angeordneten kristallinen Siliziumstrukturen sein, die in einem Projekt mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin entwickelt werden. Ein Hauptziel ist dabei die kostengünstige Herstellung von photonischen Kristallen für die kontrollierte Manipulation der Lichtausbreitung in einem Material bzw. der Wechselwirkung des Lichts damit. Dies soll die Leistungsfähigkeit der (optischen) Datenverarbeitung deutlich steigern – Voraussetzung für den optischen Supercomputer der Zukunft. <|

Nanostrukturierung mit Sol-Gel-Lack