Technische Universität Wien
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2017-02-07 [

Florian Aigner

 | Büro für Öffentlichkeitsarbeit ]

Beschichtungen für Pulverkörner

Mit einer neuen Technik kann man Partikel gezielt und gleichmäßig mit einer dünnen Schicht überziehen. Das eröffnet neue Möglichkeiten – etwa für das Speichern von Wasserstoff.

Kupfer beschichtete Mikrohohlglaskugeln mit Durchmessern von etwa 60-70 µm

Wir streichen den Gartentisch, damit er den Regen besser übersteht; wir überziehen Spezialwerkzeuge mit einer Schutzschicht, um sie widerstandsfähiger zu machen. Beschichtungen sind heute für viele Einsatzbereiche unverzichtbar – aber wie beschichtet man winzige Partikel? An der TU Wien wurde nun eine neue Methode entwickelt, mit der man kleine Körner in Pulverform mit speziellen Materialien überziehen kann – und zwar in viel größerem Maßstab als bisher.

Nanobeschichtungen, die alles ändern

"Wir arbeiten mit Partikeln, die nur 10 bis 130 Mikrometer groß sind", erklärt Andreas Eder von der Dünnschichtgruppe am Institut für Festkörperphysik der TU Wien. "Diese Körner sollen beschichtet werden, um die Materialeigenschaften zu verändern, typischerweise mit einer Schicht von etwa 20 bis 40 Nanometern Dicke."

Für solche Beschichtungstechniken gibt es viele ganz unterschiedliche Anwendungsbereiche: "Man kann durch Beschichtungen die mechanischen Eigenschaften eines Materials verbessern, zum Beispiel wenn man beschichtete Diamantpartikel für die Herstellung von besonders widerstandsfähigen Werkzeugen nutzt. Mit anderen Beschichtungen kann man spezielle chemische Eigenschaften des Pulvers verändern", erklärt Eder.

An der TU Wien arbeitet man mit Methoden der physikalischen Gasphasenabscheidung. Dabei wird das abzuscheidende Material zunächst verdampft, danach lagert es sich an den Zielpartikeln ab, bis diese ganz davon überzogen sind. "Physikalische Gasabscheide-Verfahren werden schon lange eingesetzt. Feine Pulverkörner auf diese Weise zu beschichten ist allerdings ganz besonders herausfordernd", sagt Andreas Eder.

Das Team von Prof. Christoph Eisenmenger-Sittner, bei dem Andreas Eder an seiner Dissertation arbeitet, konnte nun neue Pulverbeschichtungs-Verfahren entwickeln, mit denen viel größere Pulvermengen als bisher verarbeitet werden können. Während man sich bisher mit etwa 20 Millilitern zufrieden geben musste (das entspricht etwa dem Volumen eines kleinen Schnapsglases) kann nun ein Liter Pulver auf einmal beschichtet werden.

Wasserstoff in Glaskügelchen

Eine mögliche Anwendung für die Beschichtungstechnologie der TU Wien ist das Speichern von Wasserstoff. Oft lagert man Wasserstoff in verflüssigter Form in Hochdrucktanks, doch das ist mit einem gewissen Risiko verbunden: Wasserstoff ist leicht entzündlich, wenn ein solcher Tank leck schlägt, kann das rasch gefährlich werden.

Eine sicherere Variante ist es, den Wasserstoff in winzigen Glaskügelchen zu speichern. Wenn manche von ihnen kaputt gehen, tritt nur wenig Wasserstoff aus. Um den Wasserstoff aus den Kügelchen herauszuholen, startet man eine chemische Reaktion, durch die das Material erhitzt wird.

Allerdings ist dafür eine spezielle Beschichtung der Kügelchen nötig: "Man braucht einen Katalysator an der Oberfläche der Kugeln, der die chemische Reaktion erst ermöglicht und außerdem dafür sorgt, dass zusätzlich noch weiterer molekularer Wasserstoff erzeugt wird", sagt Andreas Eder.

Damit die Partikel bei der Beschichtung nicht verkleben, wurden einige Tricks entwickelt – etwa ein spezieller geneigter Behälter und ein integrierter Schlagmechanismus. "Das erlaubt es uns nun, extrem homogene Schichten abzuscheiden, deren Dicke wir auch messen können", sagte Eder.


Bild: © Andreas Eder