Mikroskopische Charakterisierung der Nanoporosität von PECVD Barriereschichten

Ziel deiner Arbeit wird es sein, die Porosität von plasmapolymerisierten Barriereschichten mittels eines hochauflösenden Mikroskopieverfahrens zu bestimmen.

AFM Nadel | Bild: IKV

Schematische Darstellung der porenbehafteten Barriereschicht | Bild: IKV

Thema der Arbeit:
Die hohe Gasdurchlässigkeit von Kunststoffen erweist sich u.a. in der Anwendung als Lebensmittelverpackung als Nachteil. Ausgerüstet mit einer Barrierefunktion kann die Haltbarkeit vieler Lebensmittel deutlich gesteigert werden. Die meisten dafür eingesetzten Lösungen wie etwa Mehrschichtverbunde oder der Einsatz von Scavengern verschlechtern allerdings die Recyclingfähigkeit der Kunststoffe, da eine sortenreine Trennung nicht möglich ist. Abhilfe kann hier die Plasmatechnologie schaffen, die eine hauchdünne (ca. 30 nm), glasartige Schicht abscheidet, die die Gasdurchlässigkeit signifikant verringert und gleichzeitig die Recyclingfähigkeit erhält.

Die Arbeit hat Bezug zu diesem Forschungsprojekt:
Im Sonderforschungsbereich TR-87 B wird am IKV u.a. daran geforscht, wie die Gasdurchlässigkeit von Kunststoffen durch die Plasmabeschichtung verringert wird. Dabei wurde bereits entdeckt, dass die Permeation vor allem durch Poren im Nanometerbereich stattfindet. Diese Poren sind so klein, dass sie durch licht- oder elektronenmikroskopische Untersuchungen kaum auszumachen sind.

Zielsetzung:
Ziel deiner Arbeit ist es daher, ein alternatives Verfahren zur Charakterisierung der Porosität zu untersuchen. Die Rasterkraftmikroskopie (atomic force microscopy, AFM) hat für die Poren eine ausreichend hohe Auflösung. Dabei wird eine nanoskopisch kleine Nadel an einer Blattfeder über die Oberfläche geführt und die Oberflächentopografie durch die Verbiegung der Blattfeder ermittelt.

Die zu untersuchenden Barriereschichten werden auf goldbeschichteten Siliziumwafern abgeschieden und mittels AFM untersucht. Anschließend wird eine Spannung zwischen Nadel und Goldschicht für die sog. electrostatic force microscopy (EFM) angelegt. Die Barriereschicht wirkt im elektrischen Feld zwischen diesen wie das Dieelektrikum eines Kondensators. So können Inhomogenitäten wie Poren auch innerhalb der Schicht durch die Änderung des elektrischen Feldes detektiert werden.

Deine Aufgabenstellung:

Für eine Bachelorarbeit könntest du folgende Aufgabenstellungen bearbeiten:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik von AFM/ EFM
  • Herstellung und Vermessung von Probekörpern

Für eine Masterarbeit könntest du zusätzlich folgende Aufgabenstellungen bearbeiten:

  • Charakterisierung des Einflusses verschiedener Messparameter
  • Korrelation der gemessenen Porosität mit der Gasdurchlässigkeit der Beschichtungen

Dein Profil

  • Technisches oder naturwissenschaftliches Studium (Materialwissenschaften, Maschinenbau, Kunststofftechnik, etc.)
  • Erfahrungen mit der Rasterkraftmikroskopie und in der Durchführung von Experimenten sind hilfreich
  • Spaß an praktischen Versuchen und eigenständiges Bearbeiten von komplexen Problemstellungen
  • Interesse an der Rasterkraftmikroskopie, Plasmatechnologie und anwendungsnahen Aufgabenstellungen

Mit der Arbeit kann sofort begonnen werden. Alle notwendigen Anlagen und Prüfmethoden sind bereits vorhanden. Wenn du Interesse hast, dann melde dich einfach bei mir. Deine Aufgaben und den zeitlichen Rahmen legen wir gemeinsam fest.

Dein Ansprechpartner:
Jonas Franke, M.Sc.
Telefon: +49 241 80-28361
E-Mail: jonas.franke@ikv.rwth-aachen.de