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AVG Wesel. Gliederung Allgemeines Erforschung anhand von Mikroskopen Nanopartikel Lotuseffekt Mikroelektrische Schaltungen Die Besuche bei der BYK Herstellen.

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Präsentation zum Thema: "AVG Wesel. Gliederung Allgemeines Erforschung anhand von Mikroskopen Nanopartikel Lotuseffekt Mikroelektrische Schaltungen Die Besuche bei der BYK Herstellen."—  Präsentation transkript:

1 AVG Wesel

2 Gliederung Allgemeines Erforschung anhand von Mikroskopen Nanopartikel Lotuseffekt Mikroelektrische Schaltungen Die Besuche bei der BYK Herstellen eines elektr. Leitfähigen sowie eines kratzfesten Lackes Untersuchung der Lackproben Quellen AVG Wesel

3 Allgemeines Griechisch:,,nanos“ Zwerg Forschungsgebiet der kleinsten Dimension Definition:,,Ein Teilchen mit einer oder mehreren Dimensionen in der Größenordnung von 100 nm oder weniger“ Spezielle Mikroskope dienen zur Erforschung Anwendung: Chemie, Halbleiter, Maschinenbau, Lebensmitteltechnologie AVG Wesel

4 Die Mikroskope Erster Uni-Besuch AVG Wesel

5 Erforschung – Die Mikroskope I Lichtmikroskop: Vergrößerung von Objekten durch Einsatz von Linsensystemen Verschiedene Methoden: 1) Durchstrahlmikroskopie: Lichtquelle durchdringt das Präparat von unten, Betrachtung von dünnen Objekten bzw. dünn geschnittenen Objekten 2) Aufstrahlmikroskopie: Lichtquelle von oben AVG Wesel

6 Beispiel: Handydisplay AVG Wesel

7 Erforschung – Mikroskope II Elektronenmikroskop: Vergolden des Präparats, Erzeugung von elektrischer Leitfähigkeit Abschießen von Elektronen durch eine Elektronenkanone durch Fokussierung des Elektronenstrahls wird die Oberfläche ab gescannt Abprallwinkel der Elektronen definieren die Oberflächenstruktur des Präparats AVG Wesel

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9 Beispiel: Haifischschuppe AVG Wesel

10 Erforschung – Mikroskope III Rasterkraftmikroskop: Sonde liegt auf der Probe, welche an einem Federbalken befestigt ist Abtasten die Oberfläche der Probe durch die Sonde Laser misst die Auslenkung des Federbalkens Raster wird erstellt mittels Sonde:  Spitze ist so groß wie ein Atom (extrem genaue Angabe der Oberfläche) AVG Wesel

11 Rasterkraftmikroskop AVG Wesel

12 Rasterkraftmikroskop AVG Wesel

13 Nanopartikel AVG Wesel

14 Ein Nanometer (nm) ist der milliardste Teil eines Meters. 1 nm = 0, m Untersuchung, Herstellung und Anwendung von Strukturen unter 100 nm

15 Nanopartikel - Definition werden auch Ultrafeinteilchen genannt Zusammenschlüsse von Nanopartikeln nennt man Agglomerate als kleinste Einheit definierte Teilchen, welche spezielle Eigenschaften aufweisen (z.B. Transport) sind maximal 100 nm groß Beeinflussung der Materialeigenschaften AVG Wesel

16 Nanopartikel - Herstellungsverfahren Top-down (eng.: oben nach unten)  Modifizierung größerer Objekte auf nanoskalige Ebene In der Industrie: Kugelmühlen dienen zur Zerkleinerung zerkleinertes Präparat (50 Mikrometer) kommt mit gehärteten Stahlkugeln in die Kugelmühlen Ergebnis: 3–25 nm große Partikel AVG Wesel

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18 Nanopartikel - Herstellungsverfahren Mechanischer Stempel: Gebündelter Strahl von Elektronen bzw. Ionen brennen einen Krater in das Werkstück Durchmesser der Krater: 10 nm Formen eines Nanomusters Speicherung von Informationen mit hoher Dichte (z.B. DVD´s) AVG Wesel

19 Nanopartikel - Herstellungsverfahren Bottom-up (unten nach oben) umgekehrte Produktionsrichtung als Top-down Verfahren Zusammenbauen ausgewählter Moleküle und Atome zur Produktion von Objekten mit speziellen Eigenschaften Verwendung von Katalysatoren und thermischer Energie zur Anordnung der Moleküle AVG Wesel

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21 Nanopartikel – Herstellungsverfahren Manuelle Verschiebung: Rasterkraftmikroskop ermittelt die Oberflächenstruktur Gehärtete Spitze verändert die Oberfläche Durch Van- der-Waals-Kräfte zieht die Spitze einzelne Atome an Neupositionierung durch elektrische Impulse AVG Wesel

22 Nanopartikel – Herstellungsverfahren AVG Wesel

23 Beispiel CNT´s: Kohlenstoffnanoröhrchen AVG Wesel

24 Was sind CNT´s? Kette von Kohlenwasserstoffen wabenartig angeordnet (Graphen) bilden ein Netz hohe Stabilität durch diese Anordnung mehrere Monoschichten Graphen = Graphit erweiterte Form des Graphen durch spezielle tunnelförmige Anordnung AVG Wesel

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26 Nanopartikel - Anwendung Oberflächenbeschichtung: Lacke, Optik, Gläser, selbstreinigende Eigenschaften Elektronische Leistungsverbesserung: höhere Leitfähigkeit, größere Speicher Medien Medizin: Krebsbekämpfung, Tumorbehandlung, Behandlung von Innen Textilien AVG Wesel

27 Nanopartikel - Risiken viel komplexer als gedacht; mögliche unerwünschte Nebeneffekte erreichen jede Körperzelle (z.B. Autogase enthalten Nanopartikel, gelangen in die Lunge) unbewusste Reaktion auf die Umwelt falsche Anwendung in der Medizin können zu Langzeitfolgen führen AVG Wesel

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29 Funktionsprinzip widerlegt die Annahme,,je glatter, desto sauberer“ extrem raue Oberfläche im Nanometerbereich bilden eine Schutzschicht Oberflächenspannung des Wassers verhilft zur Erhaltung der Tropfen anschließendes Abperlen der Tropfen in der Natur: hydrophobe Wachsschicht, verstärkt den Lotuseffekt der Pflanzen (20-50 Mikrometer große Noppen) AVG Wesel

30 Schematische Darstellung AVG Wesel

31 Anwendungsbereiche Wandfarben z.B. selbstreinigende Fassaden Imprägnier-Spray für Schuhe oder Ledersofa Lacke z.B. Autokarosserien Gläser, Spiegel etc. Schifffahrtsindustrie Natur, z.B. die Lotusblume (Namensgebend) AVG Wesel

32 Mikroelektrische Schaltungen AVG Wesel

33 Mikroelektrische Schaltungen Definition: Die Mikroelektrik ist ein Teil der Elektronik, genauer der Halbleiterelektronik, die sich auf den Entwurf von miniaturisierten Schaltungen spezialisiert hat. Abkürzung: IC = integrierte Schaltungen AVG Wesel

34 Mikroelektrische Schaltungen Transistor Unerlässlicher Bauteil für Mikrochips dient zur Datenübertragung Mittels elektronischer Signale Miniaturisierung der Datenmenge wesentlich praktischer als die zuvor verwendeten Elektronenröhrchen Stromrichtung gibt die Datenflussrichtung vor Größe: 30 nm (ungefähr) AVG Wesel

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36 Zukunft von Graphen in Mikrochips kleine Struktur mit hoher Speicherkapazität hohe elektrische Leitfähigkeit Möglichkeit Silicium als Transistormaterial zu ersetzen perfekte Eignung für Mikrochips Zu aufwändig und zu teuer in der Herstellung AVG Wesel

37 In Zusammenarbeit mit der AVG Wesel

38 Aufgabenstellung Fiktiver Kundenauftrag: Kunde möchte einen Lack mit erhöhter Kratzfestigkeit neuer UV-härtender Klarlack für z.B. Handydisplay Nanopartikel in Form von Additiven sollen helfen AVG Wesel

39 Teil 1: Anfertigung des Basislackes PositionRohstoffe[g] 1Desmolux VPLS 2265 Bindemittel, aliphatisches Urethanacrylat 182 2Desmolux U100Bindemittel, aliphatisches Urethanacrylat (2-ethoxyethoxy) Ethylacrylat Reaktivverdünner19,2 4Dipentaerythritol- pentaacrylat Reaktivverdünner49,2 5Irgacure 184Fotoinitiator13,6 6Nanobyk 3605 / 3602 AdditivJeweils 2, 4, 6% 7LP-X-21192AdditivJeweils 2, 4, 6 % AVG Wesel

40 Teil 2: Einarbeiten der Nanopartikel in den Lack Aufteilung in 10 Proben á 30 g Kontrollprobe Je 3 Proben mit: Nanobyk 3602 (30 % Aluminiumoxid - Nanopartikel (40nm)) Nanobyk 3605 (50 % Silica - Nanopartikel (20nm)) LP-X (20 % Böhmit – Nanopartikel (10nm)) in unterschiedlichen Konzentrationen (2-; 4-, und 6%) AVG Wesel

41 Teil 3: Applikation der Beschichtung Auftragen der Proben auf einer schwarzen PMMA- Platte Vermeidung von Staub auf den Proben Direkte Aufbewahrung in dem UV-Kanal  Härtung des Lackes Anschließende Verkratzung mit Crockmeter AVG Wesel

42 Teil 4: Die messbaren Ergebnisse AVG Wesel

43 Fazit Bei allen Additiven gilt: - bei einer Konzentration von 6 % wurden die besten Ergebnisse gemessen Die Kratzfestigkeit des UV - Lackes wird durch das Additiv Nanobyk 3605 mit einer Konzentration von 6% am meisten verbessert kaum oder nur vereinzelte sehr kleine Kratzer Verkratzung ist kaum sichtbar, auch unter dem Mikroskop AVG Wesel

44 Bilder Rasterelektronenmikroskop Kontrollprobe ohne Kratzer

45 Bilder Rasterelektronenmikroskop Nanobyk Übersicht Starke Beschädigung

46 Bilder Rasterelektronenmikroskop Nanobyk Übersicht leichte Beschädigung

47 Bilder Rasterelektronenmikroskop LP-X-21192: Übersicht Leichte Beschädigung

48 Bilder Rasterelektronenmikroskop LP-X Nahaufnahme Einzelner Kratzer

49 Zusammenfassung Kratzfestigkeit Nanobyk %Nanobyk %LP-X % Lichtmikroskop REMsehr starke Beschädigung der Platte sehr leichte Beschädigung, Kratzer sind nicht tief genug um bei Beschichtung mit Gold sichtbar zu werden leichte Beschädigung, vereinzelte Kratzer Glanzerhalt64,5 %98,5 %96,2 %

50 Die Zusammenarbeit mit der AVG Wesel

51 Aufgabenstellung Fiktiver Kundenauftrag: Kunde möchte elektrisch leitfähige Beschichtung Beschichtung soll Computerkomponenten vor elektr. Entladung schützen muss Flexibilität aufweisen und gewissen Temperaturen standhalten AVG Wesel

52 Teil 1: Anfertigung des Basislackes PositionRohstoffe[g] 1Bayhydrol E 155Bindemittel, gesättigter Polyester 150 2Cymel 327Bindemittel, Melaminharz 23,4 3ButylglykolCo-Lösemittel12 4WasserLösemittel106,8 510%iges DEMA in H²O Amin6 6BYK-025Entschäumer0,9 7BYK-307Verlaufsadditiv0,9 AVG Wesel

53 Teil 2: Einarbeiten der CNT´s in den Lack Aufteilung in 9 Proben à 30 g Kontrollprobe Probe mit CNT´s (unterschiedl. Konzentration 0,5-2%) Probe mit Leitruß (gleiche Konzentrationen wie CNT´s) jeweils 4 Proben pro Additiv AVG Wesel CNTLeitruß AussehenRöhrenförmig, wabenartig kugelförmig Größe1-50 nm nm ProduktionUnvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen Laser bzw. Gasentladung

54 Teil 3: Applikation der Beschichtung Auftragen der Proben auf verschiedene Substrate Ablüften lassen Einbrennen des Lackes bei 130°C Auswählen eines geeigneten Substrats Hitzebeständige PET-Folie AVG Wesel

55 Teil 4: elektrische Leitfähigkeit: Ergebnisse Möglichst kleine Veränderung der Produkte CNT´s weisen bei geringer Konzentration bessere Produkte auf Leitruß ist nur in großen Mengen effektiv geringerer Kostenaufwand liegt bei den CNT´s Hoher Widerstand Niedriger Widerstand AVG Wesel

56 Untersuchung unter dem Elektronenmikroskop (gezoomt) I AVG Wesel

57 Untersuchung unter dem Elektronenmikroskop II AVG Wesel

58 Untersuchung unter dem Rasterkraftmikroskop AVG Wesel

59 Fazit CNT´s sind kristallförmig Bilden ein relativ regelmäßige Beschichtung Einige nicht beschichtete Flächen Lichtmikroskop reicht nicht aus Verunreinigungen treten auf AVG Wesel

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61 Quellen I lexikon/bilder/big/ jpg regensburg.de/Fakultaeten/Medizin/Pathologie/EMLabor/ sites/funktion.htm world.org/WS03_04/0100Abbilden/spm/content/0120histo ry/0550Elektronenmikroskop2/bild1 -und- analyse/rastesondenmethoden/rasterkraftmikroskopie/ AVG Wesel

62 Quellen II jpg wuppertal.de/archiv/output/okt98/photolacke.html 8.jpg html noroehre_Animation.gif pdf pdf museum.de/fileadmin/Content/010_DM/020_Ausstellungen/110_Neue _Technologien/020_Nano_Biotechnologie/030_Highlightexponate/bot tom_up.jpg AVG Wesel

63 Quellen III KiVkYI4YdJE/TZGx5eax5NI/AAAAAAAAAAM/xCLUn6lcf3 s/s1600/lotuseffekt.jpg 8x5mKID.jpg erlangen.de/infocenter/meldungen/images/ /SPPs_Graphen.jpg Ordner der Byk-Chemie bzw. der Uni Duisburg-Essen Bereits erarbeitete Materialien (Moodle) AVG Wesel


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