Transcript Energie & Umwelt - Fraunhofer-Verbund Werkstoffe, Bauteile

Mini-Solarmodul
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Aufgabe
 Vereinfachung und Beschleunigung des
Montageprozesses von PV-Modulen
Ergebnis
 Solarmodul mit integrierten
Funktionen in Leichtbauweise
 3-Schicht-Aufbau:
 Thermoplastische Kunststoffscheibe
 Polyurethan-Reaktivsystem
(Verkapselungsmaterial)
»Mini-Modul«: Modellsystem eines
kunststoffbasierten Solarmoduls
Bild: Fraunhofer IWM
 GFK-Trägerstruktur
© Fraunhofer IWM Halle
Energie & Umwelt
1
Si Quantenpunkte in einer SiC Matrix
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Si Quantenpunktschichten sollen als Sikompatibles Material mit einer Bandlücke von
1.7eV in Tandemsolarzellen eingesetzt
werden.
Forschungsthemen
TEM-Bild einer SiC Multilagenstruktur
 Bandlücke von >1.1eV mit SiNanokristallen
< 6 nm
 Elektrisch Leitfähige Matrix aus SiC
 Entwicklung einer Zellstruktur
 Entwicklung einer Tunneldiode zur
monolithischen Verschaltung
 Optisches Confinement der Zellen
Messung des Si/C Gehaltes
© Fraunhofer ISE
Energie & Umwelt
2
Photonische Kristalle für c-Si Solarzellen
Zukunftsthemen von Fraunhofer MATERIALS
Elektrisch leitfähige und optisch streuende
Schichten sollen in eine Silicium
Hocheffizienzsolarzelle integriert werden.
Forschungsthemen
 Passivierung der c-Si Oberfläche
 Aufbringung von PMMA Kugeln und
Infiltration derselben mit amorphem SiC
 Kontaktbildung mittels Laserprozessen
1: Photonische Kristalle aus amorphem
Siliciumkarbid als hocheffiziente
Rückseitenstreuer für Silicium Solarzellen.
© Fraunhofer ISE
Ergebnis
 Stromgewinn von 0.3 mA/cm2 ohne
Verluste in der offenen Klemmenspannung
Energie & Umwelt
3
Rückseitengitter
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Eigenforschung Photonic-Si
Verbesserte optische Eigenschaften gewinnen
zunehmend an Bedeutung für stetig dünnere
Solarzellen
Das Konzept
 Gitterbeugung führt zu längeren Lichtwegen in der
Solarzelle
 Dadurch erhöht sich die Absorption und Material
kann eingespart werden
Unser Ansatz
Gitter auf der Rückseite eines Silicium Wafers.
Über dem Gitter befindet sich eine Schicht
SiO2 zur Passivierung sowie ein
Aluminiumspiegel.
 Herstellung mittels Inteferenzlithographie und
fortschrittlicher Prägetechniken
 Simulation mit selbstentwickelter Methodik
Ergebnis
 Beugungsgitter sind ein vielversprechender Ansatz
zur Verbesserung von Solarzellen
© Fraunhofer ISE
Energie & Umwelt
4
Photonische Kristalle für Solarzellen
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Photonische Kristalle weisen außergewöhnliche
optische Eigenschaften auf und können auf
vielfältige Weise zur Verbesserung von
Solarzellen dienen
Unsere Kompetenz
 Simulation photonischer Kristalle mit Hilfe
wellenoptischer Methode
 Herstellung photonischer Strukturen mittels
Interferenzlithographie
 Erarbeitung von Konzepten zum Einsatz
photonischer Kristalle in Solarzellen
Simulation des elektrischen Feldes
innerhalb eines photonischen Kristalls
© Fraunhofer ISE
 Untersuchung und Charakterisierung
photonischer Konzepte
Energie & Umwelt
5
Hochkonversion niederenergetischer Photonen
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS, EU-Projekt Nanospec
Photonen mit Energien unterhalb der Bandlücke
werden von Solarzellen nicht genutzt
Die Aufgabe
 Die niederenergetischen Photonen durch
Hochkonversion in nutzbare Photonen
umwandeln
Ergebnis
 Der genutzte Spektralbereich wurde ausgedehnt
EQE einer Siliciumsolarzelle mit
ausgedehntem Empfindlichkeitsbereich durch
Hochkonversion. Im blauen Bereich soll ein
zweites lumineszentes Material Photonen
sammeln und im nutzbaren Bereich emittieren
© Fraunhofer ISE
 Ein Effekt auf den Kurzschlussstrom einer
Silicium Solarzelle wurde gezeigt
Ausblick
 Durch Kombination mit einem zweiten
lumineszenten Material soll der genutzte
Spektralbereich weiter ausgedehnt werden
Energie & Umwelt
6
Lithium-Batterien: Material- und Zellentwicklung
Zukunftsthemen von Fraunhofer MATERIALS
Verbesserte Materialien zur effizienten
Energiespeicherung in Lithium-Batterien
Herausforderung
 Reduzierung der Kosten und erhöhte
Sicherheit sind Schlüssel für zukünftigen
Einsatz von Li-Zellen
Lösungsansatz
 Entwicklung kostengünstiger und
zuverlässiger Zellkonzepte und Materialien
 Test von Batteriezellen unter
Anwendungsbedingungen und
Fehleranalyse
© Fraunhofer IKTS
Verbesserte Li-Batterien: von der Materialüber Zellentwicklung bis zum
anwendungsnahen Test
Energie & Umwelt
7
Zustandsüberwachung an Windkraftanlagen
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Aufgabe
 Entwicklung von selbstdiagnostizierenden
Strukturen (drahtlos, energieautark,
strukturintegriert) für Verbundwerkstoffe
 Instrumentierung von Ermüdungstests
Ergebnis
 Zustandsüberwachungssysteme (Structural Health
Monitoring) basierend auf akustischen (aktiv,
passiv) und schwingungsmechanischen Methoden
Rotorblattprüfung auf
dem Teststand bei der
IMA GmbH Dresden
 Robuste Elektronik für die Langzeitüberwachung
 Akustische und optische Sensoren, Sensornetze
mit Mikrocontroller und Signalverarbeitung
Dynamischer Blatttest (Schallemission)
© Fraunhofer IZFP
Energie & Umwelt
8
Biobasierte Faserverbundwerkstoffe
Materialien und Technologien für die Zukunft
 Cellulosische Spinnfasern als Verstärkung
 Processing mit biobasierten Matrixpolymeren (z.B.
PLA, PHB, Polysaccharidester)
 Vollständig biobasierte/
bioabbaubare CompositeMaterialien und Bauteile
© Fraunhofer IAP
Energie & Umwelt
9
Infrarot-aktive Fluoreszenzkonzentratoren
Zukunftsthemen von Fraunhofer MATERIALS
E1
Radiation
Escape
cone E2
qc
Solar
cell
Collector
plate
Dye
Solar
cell
Reab
sorption and
emission
System 1
System 2
Zu nutzender
Bereich
Fluoreszenzkonzentratoren ermöglichen
Sonnenlicht ohne Nachführung zu konzentrieren
Die Aufgabe
 Der ausgenutzte Spektralbereich muss ins
Infrarote ausgedehnt werden, um
ausreichende Wirkungsgrade zu erzielen.
Unser Ansatz
 Lumineszente Nanokristalle werden in
transparente Matrixmaterialien eingebettet.
 An den Kanten werden angepasste
Siliciumsolarzellen angebracht
1: Prinzip eines Fluoreszenzkonzentrators
2: EQE von Fluoreszenzkonzentratorsystemen
die zeigt, welche Spektralbereich noch
ungenutzt sind
© Fraunhofer ISE
Challenge CODIS
Energie & Umwelt
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ZfP für Faserverbundwerkstoffe
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Aufgabe
 Qualitätssicherung im Leichtbau
 Entwicklungsbegleitende Prüfung
 Prüftechnik für den Einsatz vor Ort
Wirbelstromscanner
für CFK-Rohgelege
Ergebnis
 Wirbelstromprüfung auf Delaminationen und
Impakts
Thermographie an
einem GFK-Rotorblatt
 Volumenprüfung von CFK mittels akustischer
Phased-Array-Technologie und Automation
 Thermographie
Detektion von Poren
in CFK mittels Röntgen
 Röntgentomographie und Laminographie
© Fraunhofer IZFP
Mobilität
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Dynamisches Materialverhalten von FVKVerbundmaterialien
Innovation aus dem Fraunhofer-Verbund Werkstoffe, Bauteile
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) in Crash-relevanten
Bauteilen aufgrund des Leichtbaupotentials
Aufgabe
Materialcharakterisierung
 Prognosefähige Simulationen des dynamischen
Materialverhaltens von FVK
 Berücksichtigung der
faserinduzierten Anisotropie
Prozesssimulation
Ergebnis
Modell Faserorientierung
 Entwicklung eines prognosefähigen
numerischen Materiamodells für FVK
Validierungsexperiment: Impaktversuch
Mobilität
12
Dynamic Material Behavior of Fiber Reinforced
Composites
Innovations of Fraunhofer Group for Materials and Components
Application of Fiber Reinforced Plastics (FRP) in crash
relevant components due to their potential in weight
reduction
Problem
Material characterization
 Simulation of dynamic material behavior of FRP
with predictive capacity
 Consideration of anisotropic
properties due to local fiber
orientation
Process simulation
Result
Model of fiber orientation
 Development of a numeric material model
for FRP with predictive capacity
Validation: Impact experiment
Mobility
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Sichere Faserverbundkomponenten im Flugzeugbau
Simulation
Herausforderung
 Vorhersage des Einsatzverhaltens
 Reduzierung von teuren Experimenten
durch virtuelle Bauteiltests
 Zuverlässige Daten für Auslegung und
Prototyping
Flugzeugstrukturen aus Kohlefaserverstärkten Polymeren
Bild: Fraunhofer IWM
 Ermüdung von Metall-CompositeFügeverbindungen
Lösungsansatz
 Mikrostrukturbasierte
Werkstoffmodellierung
 Simulation von Schädigung und
Delamination
© Fraunhofer IWM
Mobilität
14
Reaktionsmechanismen in Katalysatoren
Simulation
Herausforderung
 Designvorgaben und Funktionsbewertung
für neue Katalysatoren
 Was genau geschieht auf der
quantenchemischen Ebene?
Lösungsansatz
Abgas-Katalysator
 Aufklärung der Reaktionsmechanismen bei
der Abgaskatalyse in Abhängigkeit der
Oberflächenstruktur durch atomistische
Simulation
Quantenchemische Rechnungen der Reaktionen
© Fraunhofer IWM
Mobilität
15
Adaptive Beinprothese
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Aufgabe
 Entw. einer Beinprothese mit kontinuierlich an die
Laufzustände anpassbarer Gangcharakteristik
 Selbstregelung durch Veränderung der Steifigkeit des
Fußes sowie durch aktive Regelung des Kniemoments
Ergebnisse
 neuartiges piezoelektrisches Ventil (Prototyp) für das
Knie
 Veränderliche Steifigkeit der Basisfeder (künstlicher
Fuß) bis 10 % (ohne Abrollen)
 Energierückgewinnungssystems und dessen
Integration in den Prothesenschaft
Adaptive Beinprothese
Industriepartner: Otto Bock Health Care
© Fraunhofer LBF
Gesundheit
16
Optical Diagnosis and Nano Particles for Medicine
Innovations by Fraunhofer MATERIALS
Objectives
 Development of a system for fast biopsy »Pointof-Care-Pathology« in prostate cancer diagnosis
 Application of nanodiamond particles for medical
diagnosis and therapy
Results
Measurement of time
resolved fluorescence
 Prototype based on time resolved Fluorescence
Spectroscopy, applied in clinical tests for
contactless determination of the dignity of the
tissue (normal/tumor)
Fluorescent
nanodiamondsm
ark cancer cells.
 Application of biologically activated nanodiamond
particle (BaNDiT) to mark cancer cells and
address cell organelles at very low cell toxicity
© Fraunhofer IZFP
Health
17
Optische Diagnose und Nanoteilchen für die Medizin
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Aufgabe
 Entwicklung eines Systems für schnelle BiopsieTests zur »Point-of-Care-Pathologie« bei der
Prostata-Krebsdiagnose
 Einsatz von Nanodiamant-Teilchen für
medizinische Diagnose und Therapie
Messung der zeitaufgelösten Fluoreszenz
Ergebnis
Fluoreszierende
NanodiamantTeilchen
markieren
Krebszellen.
 Prototyp auf der Basis von zeitaufgelöster
Fluoreszenz-Spektroskopie im klinischen Test zur
berührungsfreien Bestimmung der Dignität des
Gewebes (gesund/Tumor)
 Einsatz biologisch aktivierter NanodiamantTeilchen (BaNDiT) zur Markierung von
Krebszellen und Adressierung von Zellorganellen
bei sehr geringer Zelltoxizität
© Fraunhofer IZFP
Gesundheit
18
Identifizierung und Charakterisierung von
Materialien als potenzielle Emissionsquellen
 Freisetzung von flüchtigen Substanzen und
Partikeln aus:
 Materialien
 Geräten
 Teilen
 Nanopartikel-Analyse
 Untersuchung „nanohaltiger“ Materialien und
Produkte
 Resonanzwaagen als Sensoren
Gesundheit
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Modellierung und Simulation für die ZfP
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Aufgabe
 Optimierung komplexer Prüf- und Überwachungssysteme
 Auslegung von Sensoren
 Signalauswertung
Ergebnis
 Entwicklung von Simulationsprogrammen auf der Basis der
Finiten Integrationstechnik
Elastodynamische Bauteilsimulation
 Realitätsnahe Untersuchung der Wechselwirkung
physikalischer Felder mit Bauteilkomponenten und
Fehlstellen
 Rekonstruktion und Charakterisierung des untersuchten
Bauteils aus experimentellen Daten
 Bildgebende Verfahren bislang nicht erreichter Qualität durch
direkte Verknüpfung von Simulation und Inversion
 Beratung bei der Anwendung komplexer Modellierungs- und
Simulationswerkzeuge als Dienstleistung
© Fraunhofer IZFP
Wandlerapertur
Numerische Modellierung beim
Ultraschall-Prüfkopfentwurf
Maschinen- & Anlagenbau
20
Röntgen-Computertomographie zur Bauteilprüfung
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Aufgabe
 Entwicklung zerstörungsfreier Verfahren zur
Fehlerprüfung an komplexen Materialien und
Bauteilen
Ergebnis
 Feinfokus-Röntgenröhre zur Nutzung der
geometrischen Vergrößerung
 Ortsempfindliche, der Prüfaufgabe angepasste
Detektoren
 Schnelle Rekonstruktionsalgorithmen
 Automatisierte Bildverarbeitung und
Befunddarstellung
 Großanlagen und Desktopsysteme
© Fraunhofer IZFP
Röntgen-Computer-Tomograph und
Fehlerdarstellung
Maschinen- & Anlagenbau
21
Wirtschaftliche Produktionstechnologien
für optische Systeme
Zukunftsthemen von Fraunhofer MATERIALS
Asphärische
FAC-Zylinderlinse
(12x1x0.8 mm3)
Bild: Fraunhofer IWM
Heißformgebung für hochgenaue Optiken
aus Glas
 Wirtschaftlicher Herstellprozess
 höchste Präzision (< l/10)
Lösungsansatz
Gute
Reproduzierbarkeit und
Kostenvorteil durch
schnellen IWMHeißprägeprozess
 neue Formwerkzeuge , Beschichtung,
schneller Heißprägeprozess
Strahlprofile, Leistung
1
1
0.5
0.5
0
Strahlprofil, Leistung,
entsprechen Referenz
0
Referenzlinse
(teure Einzelfertigung)
IWM, Stand Januar 2009
© Fraunhofer WISA Tailored Optics - IWM, IPT, IKTS, IOF, IWU
IWM, September 2009
Bilder: Fraunhofer IWM
Maschinen- & Anlagenbau
22
Hochauflösende Analytik für Materialforschung,
Mikroelektronik und Nanotechnologie
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
Nanoindentation
Aufgabe
 Weiterentwicklung von Analysemethoden
 Entwicklung von Komponenten und Gerätesystemen
für neue Analysemethoden
 Entwicklung von Applikationsstrategien zum Einsatz
neuer Analysemethoden und -systeme
 Dienstleistungen auf dem Gebiet der Analytik für
Hightech-Unternehmen
Ergebnis
 Hochauflösende Elektronen- und Ionenmikroskopie
 Hochauflösende Röntgentechniken
XCT
AFM
AFAM
 Hochaufgelöste mechanische Eigenschaften
www.nanoanalytik.fraunhofer.de
© Fraunhofer IZFP
Mikrosystemtechnik
23
Nanoimprint Lithographie (NIL)
Innovationen von Fraunhofer MATERIALS
BMU Projekt Nanotex
Motivation
 Oberflächentexturierung zur Minimierung der
Vorderseitenreflexion und Ausnutzung von Light
Trapping Effekten
 Großes Optimierungspotential für multikristallines
Silicium durch Realisierung definierter Texturen
Aufgabe
 Industrierelevantes Verfahren zum Strukturieren von
Ätzmasken
 Realisierung definierter Texturen auf mc-Si
Lösungsansatz
 Nanoimprint Lithographie zum Strukturieren der
Ätzmaske in einem Stempelverfahren
1: Veranschaulichung des NIL Prozesses.
2: Mittels NIL strukturierte Ätzmaske auf
einem mc-Si Substrat
© Fraunhofer ISE
 Plasmaätzprozesse für den anisotropen
Strukturübertrag in das Substrat
Mikrosystemtechnik
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Nasschemische Applikation von transparenten
leitfähigen Schichten
Zukunftsthemen von Fraunhofer MATERIALS
Verbesserung und Vereinfachung transparenter
elektrisch leitfähiger Schichtsysteme
 Nasschemisches Druckverfahren für präzise
n-leitende Strukturen
 Entwicklung Sol-Gel-basierter p-leitender
Materialien
© Fraunhofer ISC
Mittels Tampondruck aufgebrachte n-leitende Strukuren
Nutzen
präzise Applikation dichter, strukturierter
Schichten
Potenzielle Anwendungen
Dünnschicht-Solarzellen, transparente
Leuchtdioden, Displaytechnologie
© Fraunhofer ISC
Transparenter p-leitende Schicht (Cu(AlCr)O2)
© Fraunhofer ISC
Mikrosystemtechnik
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Sprengprägen
Technologieentwicklung
Mittels einer detonativ erzeugten Stosswelle kann eine Metalloberfläche in
Sekundenbruchteilen eine vorgegebene Struktur übertragen werden.
 Detonationsgeschwindigkeit: ~ 7.000 m/s
 Detonationsdruck: ~ 185.000 bar
Anwendungen
 Fälschungssichere Kennzeichnung von
Markenprodukten (Plagiatschutz)
 Dekorative und sicherheitsrelevante
der intern. DruckVerpackungsindustrie
Anwendungen in
und
Fraunhofer-Forschungspreis 2009
© Fraunhofer ICT
26
Keramische Faserverbundwerkstoffe
Materialentwicklung
Innovative Verfahren zur kostengünstigen
Herstellung von kurzfaserverstärkten CMC
Herausforderung
 Erschließung neuer bisher nicht zugängiger Anwendungsfelder – kosteneffek- tive
Herstellung von Demonstratoren
Lösungsansatz
 Formgebungstechnologien aus Polymerund Textiltechnik
 Keramische Matrices aus SiC-Precursoren
C-SiC-Faserverbundkeramik mit einzelnen
Faserbündeln (mCT, FhG ISC Bayreuth)
 Serien- und Massenproduktion - Halbzeuge
© Fraunhofer IKTS, IWM, ISC
27
Ceramic fiber composites
Materialdevelopment
Innovative cost-effective production methods
for short-fiber-reinforced CMC
Challenge
 Development of new applications – costeffective manufacture of demonstrators
Approach
 Shaping technologies from polymer and
textile engineering
 Ceramic matrices from SiC precursors
C-SiC fiber composite with single fiber
bundles (mCT, Fraunhofer ISC Bayreuth)
 Series and mass production – semi-finished
products
© Fraunhofer IKTS, IWM, ISC
28
Nano-Silber
Materialentwicklung
Nano-Silber zur bioziden Systemfunktionalisierung
 Mikroorganismen an Oberflächen als
Gesundheitsrisiko
 Bekämpfung mit nicht-humantoxischen
Wirkstoffen
Makroskopische Aufnahme eines
Schimmelpilzes
 Nano-Silber als nachhaltig wirksame Komponente
Nano-Silber Herstellung aus flüssiger Phase
 Nano-Silber als Ersatz für humantoxische
konventionelle Biozide (z.B. Isothiazolinone)
REM-Aufnahme von Nano-Ag-Partikeln der Größenordnung 50 nm.
© Fraunhofer ICT
29
ORMOCER®e für sichere Li-Ionenspeicher
Materialentwicklung
Motivation
 Zuverlässige Energieversorgung für mobile
Endgeräte
Aufgabe
 Entw. eines nicht-brennbaren FeststoffElektrolyten mit vergleichbarer
Leistungsfähigkeit
 Entw. leistungsfähiger Li-Polymer-Zellen
Ergebnis
 Nicht-brennbare ORMOCER®-Elektrolyte
ORMOCER®-Elektrolyt
(© V. Steger für Fraunhofer ISC)
 Steigerung der Leistungsfähigkeit durch
nanokeramische Füllstoffe realisierbar
© Fraunhofer ISC
30
Untersuchung von Selbstheilenden Materialien
Materialentwicklung
 Material verschließt autonom das Loch
nach dem Durchtritt eines Projektils
 Untersuchung des Einflusses verschiedener
Parameter auf die Selbstheilung:
 Projektilgeschwindigkeit
 Herstellungsprozess des Materials
 Entwicklung eines Materialmodells für
FE Simulationen unter Berücksichtigung:
Beschuss des Materials mit
einem Projektil (Ø 5.6 mm) bei
300 m/s.
 Finiter Dehnungen
 Plastizität
 Thermomechanischer Kopplung
Selbstgeheiltes Material nach dem
Beschuss.
© Fraunhofer EMI
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Entwicklung einer Technologieplattform zur Herstellung
multifunktionaler Hybridschäume
Materialien und Technologien für die Zukunft
Eigenschaftsoptimierung durch Kombination
von Schaumstoffen unterschiedlicher
Materialklassen (Polymer, Metall, Keramik),
Unterstützung durch numerische Tools
Herausforderung
 Große Materialvielfalt
 Herstellung der Monomaterialschäume
(Keramik, Metall)
 Anpassung bisheriger Technologien zur
Verbindung der Schäume
Lösungsansatz
Keramik – EPS Hybridschaum, verbessertes
Versagensverhalten
 Simulationsunterstütze Material und
Prozessoptimierung
© Fraunhofer MAVO HYBSCH - ICT, IWM, ISC, IFAM, IKTS
32
Fraunhofer MATERIALS
Strategische Vorschau





Kommunikation zwischen Industrie und Forschung
Identifikation von Forschungsthemen
Vorschläge für neue Forschungsprogramme
Zukunftsgestaltung
Integration unterschiedlicher Sichtweisen
© Fraunhofer ISI
33
Hochleistungskeramik im Energiesektor 2025
Roadmapping, Szenarien und Strategische Vorschauen
Herausforderung
 Erarbeitung einer Forschungsstrategie
für Hochleistungskeramik u.a. für
Energie und Umwelt
Lösungsansatz
 Identifizierung forschungsrelevanter
Technologien
 Definition von Anforderungen an
 Werkstoffe
 Prozess- und Fertigungstechnik
 Charakterisierung und Modellierung
Roadmap Hochleistungskeramik für
Energietechnologien
Quelle: iTM Kassel
© Fraunhofer ISI
34
Self-cleaning surfaces with enhanced photocatalytic action
Fraunhofer MATERIALS frontline themes
Multifunctional nanocoatings for car
windows
Photocatalytic effect is stronger than in
commercially available coatings
Benefit
Transparent and colorless coatings with
obvious and easy to measure self-cleaning
effect
Enhances active and passive driver‘s
safety
Initial field tests on the outside
of passenger window
© Fraunhofer ISC
Top row: green-colored soda lime glass
bottom row: colorless borofloat glass
© Fraunhofer ISC
35
Selbstreinigende Oberflächen mit erhöhter
photokatalytischer Aktivität
Zukunftsthemen von Fraunhofer MATERIALS
Multifunktionale Nanobeschichtungen für
Autoverglasungen
Deutlich höhere photokatalytische Aktivität
im Vergleich mit kommerziell verfügbaren
Beschichtungen
Nutzen
Transparente und farblose Schichten mit
sicht- und messbar verbessertem
Selbstreinigungseffekt
Erste Feldtest an der
Außenseite Beifahrerseite
© Fraunhofer ISC
Erhöhung der aktiven und passiven
Fahrsicherheit
Obere Reihe: grün gef. Kalk-Natron-Glas
Untere Reihe: farbloses Borofloatglas
© Fraunhofer ISC
36
Nachhaltiger Schutz von historischen Glasmalereien
Zukunftsthemen von Fraunhofer MATERIALS
Verbreitetes Schadbild farbiger Glasfenster aus vergangenen Jahrhunderten ist ein
Netz feiner Mikrorisse, die zur Zerstörung des gesamten Glases führen können
Neuartiger Glas-in-Glas-Festiger auf Basis einer nanoporösen Glasphase kann
geschädigtes Glas stabilisieren, ohne weitere Veränderungen an der Substanz zu
verursachen
Craquelé-Risse, Jesus-Sirach-Fenster (Kölner Dom, © Dombauhütte)
© Fraunhofer ISC
37
Durable protection for historic decorated glass
Fraunhofer MATERIALS frontline themes
One of the most common damages to ancient stained glass windows are tiny
»craquelure« microcracks which can lead to the total destruction of the glass.
A novel glass-in-glass consolidant on the basis of a nanoporous glass phase
helps stabilize damaged glass and prevent any further changes.
Craquelure crack, Jesus-Sirach window (Cologne Cathedral, © Dombauhütte)
© Fraunhofer ISC
38
Nano-Imprint-Lithographie (NIL)
Zukunftsthemen von Fraunhofer MATERIALS
Low-k ORMOCER®e für die Aufbau- und
Verbindungstechnik auf Basis von NIL
(hier: Backend on Chip)
Nutzen
 Strukturen kleiner 100 nm möglich
 Erhöhung der Integrationsdichte
300 nm
 Ausreichende mechanische Stabilität
Geprägte ORMOCER®
Teststrukturen auf Si
© AMO
 Keine Anti-Adhäsionsbeschichtung
der Prägestempel nötig
 Permittivität bei 1 MHz: 2,5 !
 Reduzierung der Prozessschritte im Vergleich
zu herkömmlichen Strukturierungsverfahren
1 µm
© AMO
BMBF Fantastic in Kooperation mit
© Fraunhofer ISC
39
Nano-Imprint-Lithography (NIL)
Fraunhofer MATERIALS frontline themes
Low-k ORMOCER®s for packaging technology
on basis of NIL (here: Backend on Chip)
Benefit
 Structures below 100 nm possible
 increase in integration density
 Sufficient mechanical stability
 No anti-adhesion coating of the die
stamp required
300 nm
© AMO
ORMOCER® test structures on
Si
 Permittivity at 1 MHz: 2,5 !
 Reduced processing steps compared with
conventional patterning
1 µm
© AMO
BMBF Fantastic in cooperation with
© Fraunhofer ISC
40
Energie&Umwelt
Energieeffiziente und solare Kühlung
Bauen&Wohnen
Kompetenz aus dem Fraunhofer-Verbund Werkstoffe, Bauteile
Materialentwicklung: Sorptionstechnologie
Modifikation von Sorptionsmaterialien
Molekulare Simulation
Synthese und Beschichtung
 halbautomatische TauchBeschichtungsanlage
 Mikrowellenreaktor
 Autoklaven
Verfahren- und Systeme
Sorptionstechnologie-Materialentwicklung
Komponentenentwicklung
Anlagenkonzepte
© Fraunhofer ISE
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Energie&Umwelt
Energy efficient and solar cooling
Bauen&Wohnen
Competence of Fraunhofer Materials
Material development: Sorption technology
Material modification
Simulation
Synthesis und Coating
Processes and systems
Component development
Design concepts
Sorptionstechnologie-Materialentwicklung
© Fraunhofer ISE
42