Rolle-zu-Rolle-Testanlage
Fraunhofer IPT
Graphen wird aus einer einzigen Lage von Kohlenstoff-Atomen gebildet. Springer Autor Hayley Birch schwärmt in "50 Schlüsselideen Chemie": "Es heißt, ein quadratmetergroßes Blatt aus Graphen – Sie erinnern sich, eine Schicht von einem Atom Dicke – ergäbe eine Hängematte, die stark und flexibel genug ist, eine Katze zu tragen, obwohl es selbst nicht mehr wiegt als eines der Schnurrhaare. Eine Katzen-Hängematte wäre auch transparent, wir hätten den Eindruck, die Katze läge in der Luft, und sie könnte den elektrischen Strom besser leiten als Kupfer. Wenn wir den Erwartungen glauben, wird es durch Graphen möglich, Batterien durch ultraschnell zu ladende Superkondensatoren zu ersetzen: Es wäre das Ende der Nöte mit unseren Smartphone-Akkus, Akkus elektrischer Fahrzeuge ließen sich innerhalb von Minuten wieder aufladen."(Seite 184)
Bis es soweit ist, müssen allerdings erst einmal Verfahren entwickelt werden, Graphen in industriellen Fertigungsprozessen nutzen zu können. Diesem Ziel widmet sich nun ein Zusammenschluss von Forschern im EU-Forschungsprojekt "Herstellung, Eigenschaften und Anwendungen von 2D-Nanomaterialien (HEA2D)". Die Partner wollen das 2D-Nanomaterial von einer Kupferfolie durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf Kunststofffolien und -bauteile übertragen. Auf diese Weise soll eine Serienfertigung elektronischer und optoelektronischer Komponenten auf Graphen Basis möglich werden.
Forscher setzen auf ein Rolle-zu-Rolle-Anlagenkonzept
Ein Schwerpunkt von Konsortialführer Aixtron SE, Herzogenrath, ist die Erforschung von CVD-Prozessen für die Abscheidung von optisch aktiven 2D-Halbleitermaterialien – neben dem Graphen auch Molybdän-Wolfram und Selen-Schwefel. Um nun diese 2D-Materialien, die durch die chemische Gasphasenabscheidung bereits großflächig auf Kupferfolie hergestellt werden können, für die Weiterverarbeitung nutzbar zu machen, erforscht das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) die Übertragung auf Kunststofffolien. Für den Transfer der zweidimensionalen Graphenschichten auf die Polymerfolien setzen die Aachener auf ein neues Rolle-zu-Rolle-Anlagenkonzept. Hier kommen nach Institutsangaben verschiedene technische Verfahren wie der Schlitzdüsenauftrag flüssiger Polymere mit In-situ-Vernetzung oder das Laminieren von Transferfolien infrage.
Beide Alternativen untersucht das Fraunhofer IPT gemeinsam mit der Coatema Coating Machinery GmbH. Die Graphen-Proben für die Versuche werden von der Universität Duisburg-Essen bereitgestellt. Die Qualität des Transferprozesses und des Graphens analysieren und bewerten Forscher der Universitäten Siegen und Duisburg-Essen, die ebenfalls am EU-Projekt mitwirken.
Als Ergebnis des Projekts soll am Ende eine durchgängige Prozesskette zur Herstellung graphenbeschichteter Bauteile stehen. Diese reicht von der Simulation des CVD-Wachstums von Graphen über die kontinuierliche Abscheidung auf großflächige Metallsubstrate bis zum Transfer des abgeschiedenen Materials auf Polymerfolien und zur Integration dieser Folien in Kunststoffkomponenten durch Spritzgieß- und Heißprägeverfahren. Die Entwicklungen zum letzten Prozessschritt obliegen dem Kunststoff-Institut Lüdenscheid. Die Leistungsfähigkeit der neuen Prozesskette soll abschließend anhand ausgewählter Prototypen, einer Folientastatur sowie Tageslichtsensoren, Photodetektoren und Symbolbeleuchtungselementen auf Folie, validiert werden.