Optische Kunststoff-Linsen mit super-hydrophober Oberfläche

Erste Erfolge im polyoptics Forschungsprojekt: Optische Kunststoff-Linsen mit super-hydrophober Oberfläche

Der Einsatz optischer Linsen mit herkömmlicher Oberflächenbeschaffenheit bringt in manchen Anwendungen einige Nachteile mit sich:

So besteht etwa bei der Verwendung optischer Bauteile in Bereichen mit hohem Staubanteil (z.B. im Bergbau) die Gefahr, die Linsen beim Reinigungsvorgang zu verkratzen; beim Einsatz von Linsen in schlecht zugänglichen Außenbereichen (z.B. Straßenbeleuchtung) bildet sich langfristig Moos auf der Oberfläche, usw.

In diesen und zahlreichen weiteren Anwendungsbereichen würde eine Selbstreinigungsfähigkeit der Optiken einen wesentlichen Nutzen bringen.

Aber auch im Bereich der Medizintechnik wäre die Entwicklung von Linsen mit super-hydrophober Oberflächenstruktur ein enormer Durchbruch, beispielsweise beim Einsatz von Lab-on-Chips, bei denen sowohl super-hydrophobe als auch super-hydrophile Zonen auf einem Chip angeordnet sind, um dadurch Probeflüssigkeiten wie z.B. Blut auf einem Fleck zu halten und dort perfekt zu benetzen.

Testplättchen mit superhydrophober Oberfläche

Testplättchen mit superhydrophober Oberfläche

SEM-Aufnahme der verwendeten Nanograsstrukturen

SEM-Aufnahme der verwendeten Nanograsstrukturen
Bildquelle: NIL Technology Denmark

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ziel eines Forschungsprojektes von polyoptics war es daher, eine Prozesskette zu entwickeln, mit deren Hilfe super-hydrophobe, das heißt extrem wasserabweisende optische Linsen, direkt aus dem Werkzeug – also ohne die Erforderlichkeit einer zusätzlichen Beschichtung – hergestellt werden können.

Die Funktionalität dieser Linsen wird dabei über eine auf der Oberfläche aufgebrachte Nanostruktur erzeugt. Diese Nanoimprint-Technik ist eine in der Halbleiterindustrie bereits gebräuchliche Technik, die durch Übertragen der Schichten auf Nickel Shims auch für die Kunststoffindustrie nutzbar gemacht wurde.

Damit lassen sich kontrolliert kleine Oberflächenstrukturierungen aufbringen. Solche Nanostrukturen dienen in der Optikbranche dazu, den Oberflächen funktionelle Eigenschaften mitzugeben (z.B. Mottenaugenstrukturen als Antireflexschicht durch Plasmaätzen [IOF Jena]).

Zwar war es bereits vor Projektbeginn dem Kunststoffzentrum in Leipzig gelungen, superhydrophobe Oberflächeneigenschaften direkt aus dem Werkzeug herzustellen,

deren Strukturen lagen aber in der Größenordnung von 5μm, sodass sich damit keine klaren, transparenten Optiken herstellen ließen.

Kontaktwinkel Wasser auf Topas5013L10Plättchen: 130◦

Kontaktwinkel Wasser auf Topas5013L10Plättchen: 130◦

Damit Strukturen auf optischen Bauteilen verwendbar sind, werden Strukturgrößen unter 200nm erforderlich, da sonst die Strukturen nicht unsichtbar bzw. transparent sind.

Im Laufe des Forschungsprojektes konnten die Strukturen, welche die super-hydrophoben Eigenschaften erzeugen, durch polyoptics von rund 5μm Größe auf deutlich unter 1μm reduziert werden [es wurden ca. 400nm erreicht].

Damit konnte polyoptics schon seinen ersten Meilenstein erreichen, da derartige Strukturgrößen bereits den Einsatz in Infrarotoptiken erlauben.

Um jedoch super-hydrophobe Strukturen für optische Bauteile im sichtbaren Bereich direkt aus dem Werkzeug verfügbar zu machen, ist noch weitere Forschungsarbeit erforderlich.

Dieser Herausforderung stellt sich die polyoptics GmbH gerne, um damit weitere Beiträge in diesem Bereich der Forschung zu leisten und Innovationen für die anfänglich erwähnten Märkte zu schaffen.

Das Erreichen dieses Zieles würde es darüber hinaus auch ermöglichen, zusätzlich weitere Strukturen aufzubringen, die zum Beispiel Antireflex- oder Antiscratch-Eigenschaften besitzen. Auch auf diesem Gebiet ist polyoptics bereits im Bereich Forschung und Sensorik tätig. Denn diese neue Technologie bietet dem Unternehmen eine perfekte Ergänzung zu seiner langjährigen Beschichtungs-Expertise und eröffnet somit völlig neue Möglichkeiten, individuelle kundenspezifische Wünsche zu erfüllen.