SURFACE DYNAMICS GROUP


Nils Hartmann

Nils Hartmann

Lasermaterialbearbeitung

Laser erlauben eine kontaktlose Bearbeitung praktisch aller Materialien einschließlich von Metallen, Halbleitern, Dielektrika, Polymeren und biologischen Materialien. Des Weiteren, ist eine schnelle, großflächige Bearbeitung bei hohen Drücken, in Flüssigkeiten und sogar im Volumen von Festkörpern möglich. Eine parallele Strukturierung lässt sich durch Verwendung von Interferenzmustern, Masken und Mikrolinsenarrays realisieren. Die sequentielle Strukturierung mit fokussierten Laserstrahlen bietet wiederum eine besonders hohe Flexibilität sowohl in zwei als auch in drei Dimensionen. Diese Merkmale unterscheiden Lasertechniken allgemein von allen anderen lithographischen Verfahren und erklären die vielfältigen Anwendungsbereiche in Medizin und Technik von der Mikrochipherstellung über die optische Datenspeicherung bis hin zur Laserchirurgie.

Die Anwendung von Laserverfahren in der Nanostrukturierung wird im Allgemeinen durch das optische Beugungslimit wesentlich eingeschränkt. Selbst wenn stark fokussierende Optiken verwendet werden, sind die Strukturgrößen gewöhnlich nicht viel kleiner als die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts. Eine Möglichkeit, die laterale Auflösung von Laserverfahren in den Sub-Wellenlängenbereich auszudehnen, liegt jedoch darin, nichtlineare Effekte, bspw. photothermische Prozesse oder Multiphotonen-Absorptionsprozesse, auszunutzen.

Chemische Laserstrukturierung ultradünner organischer Beschichtungen

Die Herstellung ultradünner organischer Beschichtungen ist eine grundlegende Voraussetzung, um Oberflächen und Grenzflächen von Mikro- und Nanobauteilen zu funktionalisieren. Selbstorganisierte organische Monoschichten (engl., SAMs) haben beispielsweise eine Dicke von nur 1-2 nm und erlauben es verschiedene Oberflächeneigenschaften von Festkörpern wie die Benetzbarkeit, die Biokompatibilität und die chemische Reaktivität und Beständigkeit gezielt zu variieren. In Verbindung mit Laserverfahren können strukturierte SAMs mit Domänen vorgegebener Größe, Form und chemischer Terminierung hergestellt werden. Insbesondere erlauben nichtlineare Laserverfahren eine schnelle, großflächige Strukturierung im Sub-Wellenlängenbereich. Aktuelle Arbeiten in unserer Gruppe nutzen solche Verfahren, um das Wassermanagement in Brennstoffzellen zu verbessern.

Lasertempern von Nanopartikelfilmen

Nanopartikel (NP) mit Durchmessern unterhalb von 100 nm sind allgemein bekannt für ihre besonderen elektronischen, optischen und thermischen Eigenschaften. Ein wesentlicher Schritt hin zu funktionellen Bauteilen und Geräten liegt in der Entwicklung und Optimierung von geeigneten Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung von NP-Beschichtungen. Photothermische Laserverfahren bieten in dieser Hinsicht einzigartige Möglichkeiten, nanopartikuläre Schichten durch kurzeitiges Tempern zu modifizieren. Unsere Arbeiten in diesem Bereich erkunden die Möglichkeiten solcher Laserverfahren in der Dotierung von Halbleitergrenzflächen für Anwendungen in der Photovoltaik und in der Herstellung photolumineszierender und biomimetischer Beschichtungen, bspw. für die Displaytechnologie und tribologische Anwendungen.

Laserbearbeitung mesoporöser Materialien

Aufgrund ihrer Porenstruktur mit Porengrößen im Bereich von 2 bis 50 nm bieten mesoporöse Materialien zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten von der Katalyse und der Photovoltaik bis hin zu Kernfusionstechniken. Verfahren, die es erlauben die Porenstruktur gezielt zu modifizieren sind von grundsätzlichem Interesse. Nur sehr wenige Verfahren erlauben es jedoch, diese Materialien auch lokal auf der Mikro- und Nanoskala zu bearbeiten. Arbeiten in unserer Gruppe erkunden die besonderen Möglichkeiten, die Laserverfahren in der Herstellung von porösen Materialien mit räumlich variierenden Porositäten, bspw. für die Anwendungen in Solarzellen, bieten.

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