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NanoProzesstechnologien

Unter NanoProzesstechnologien versteht man Methoden und experimentelle Verfahren, die bei der Herstellung, Verarbeitung und Produktion in der Nanotechnologie wichtig sind. Gerade hier besteht besonderer Entwicklungs- und Optimierungsbedarf, da diese Technologien, wie z.B. das Dispergieren, einer der Schlüssel zur wirtschaftlichen Nutzung des hohen Potentials der Nanotechnologie sind.

NanoBeschichten - Grenzflächenmodifikation durch Nanotechnologie

Cotec GmbH
Frankenstr. 19
D - 63791 Karlstein
Telefon: 06188 994 6253
Telefax: 06188 994 6262
Email | www.cotec-gmbh.com

Für die Herstellung ultradünner, funktioneller Grenzflächenbeschichtungen sind effiziente und zuverlässige Prozessmethoden notwendig. Vakuumbasierte Technologien wie die Physical Vapor Deposition oder die Chemical Vapor Deposition (PVD/CVD-Methoden) ermöglichen das Aufbringen nanometerdünner Schichten zur definierten Grenzflächenmodifikation. Sie werden verwendet, um die Grenzfläche beispielsweise zu hydrophobisieren oder zu metallisieren. Der vakuumbasierte Prozess bietet gegenüber dem nasschemischen den Vorteil, dass viele Substrate pro Prozess effizient und äußerst homogen beschichtet werden können. In Abhängigkeit von der Prozesstechnik lassen sich Materialien in die Gasphase überführen und als feste Schicht auf der Substratoberfläche niederschlagen. Es werden PVD-Varianten unterschieden: beim thermischen Verdampfen wird das Material durch eine elektrische Heizung erhitzt und in die Gasphase überführt, beim Elektronenstrahlverdampfen wird die Verdampfungsenergie mittels einer Elektronenstrahlkanone übertragen.

Beschichtungsanlage für ultra-hydrophobe Beschichtungen.
Die PVD-Beschichtung bewirkt das Abperlen von Wasser. Diese hydrophobe Wirkung ist aus der Natur als Lotuseffekt bekannt.

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NanoBeschichten – Oberflächentechnologie zum Produktschutz

Ara-Authentic GmbH
Gundstr. 13
D - 91056 Erlangen
Telefon: +49 (0) 9131 - 9089500
Telefax: +49 (0) 9131 - 90895050
Email | www.ara-authentic.de

Es ist im Alltag schwer zu entscheiden, ob es sich bei einem bestimmten Produkt um ein Original oder um eine Fälschung handelt. Zu diesem Thema hat Ara-Authentic einzigartige Schichten auf PVD-Basis entwickelt. Das Zusammenspiel ganz bestimmter Prozessparameter-Einstellungen führt zu einer Nanostruktur, welche zwei oder mehr vollkommen verschiedene Farben je nach Lichteinstrahlung zeigt. Dieser Effekt wird für den Echtheitsnachweis verwendet: Mit einer selbst entwickelten App kann nun jeder Endverbraucher die Echtheit der mit Ara-Authentic-Schichten versehenen Produkte nachweisen. Aufgrund der einzigartigen „Nanostruktur“ kann dieser Schichteffekt nicht gefälscht werden. Diese fälschungssicheren Schichten können auf vielen verschiedenen Produkten wie Uhren, Schmuck, Sportartikeln, Medikamenten oder Ersatzteilen aufgebracht werden.

Ara Authentic® - beschichtete Parfümflasche: Farbänderung in Abhängigkeit von der Füllhöhe.

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NanoBeschichten – innovative Oberflächen- und Beschichtungstechnik in der Großserie

Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Industriestraße 1-3
91074 Herzogenaurach
Telefon: 09132 - 82-0
Telefax: 09132 - 82-4950
Email | www.schaeffler.com

Schaeffler ist mit seinen Produktmarken INA, LuK und FAG ein weltweit führender Anbieter von Wälz- und Gleitlagerlösungen, Linear- und Direktantriebstechnologie sowie ein renommierter Zulieferer der Automobilindustrie für Präzisionskomponenten und Systeme in Motor, Getriebe und Fahrwerk.  

Zur gemeinsamen Sicherung des langfristigen Unternehmenserfolgs sind Bauteile und Systeme, die gegenüber unseren Marktbegleitern einen Mehrwert für die weltweiten Kunden bieten von strategischer Bedeutung. Hierfür bietet die Oberflächentechnik ein großes und wichtiges Potenzial, das es verstärkt und gezielt zu nutzen gilt.

Mit der Entwicklung und Etablierung des Schaeffler Beschichtungsbaukastens ist eine effektive und effiziente Produktentwicklung mit Mehrwert für den Kunden sichergestellt. So gelingt es Schaeffler beispielsweise Bauteile und Systeme mit gesteigerter Lebensdauer durch erhöhten Verschleiß- und Korrosionsschutz sowie Isolation gegen Stromdurchgang oder überlegener Energieeffizienz durch Reibungsreduzierung in vielfältigen tribologischen Systemen bereitzustellen. Neueste Entwicklungen ermöglichen auch sensortechnische Schichten für mechatronische Komponenten.

Durch die Einführung der hierzu korrespondierenden Markennamen Triondur®, Corrotect®, Durotect®, Insutect®, und Sensotect® ist es zusätzlich gelungen eine enge Kopplung zwischen Produkt, Unternehmen und Kunde zu erzielen.

Das Beschichtungszentrum in Herzogenaurach ist mit modernster Vakuum-Anlagentechnologie für besonders umweltfreundliche und innovative PVD (Physical Vapour Depositon)-/PACVD (Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition)- sowie Galvanik-Verfahren ausgestattet. So können verschiedene Beschichtungsverfahren einzeln oder in Kombination genutzt werden, um die beste Lösung hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Kosten bereitzustellen.

Das Leistungsspektrum von Schaeffler Oberflächentechnik umfasst alle Schritte und Kapazitäten von der Entwicklung anwendungsorientierter Schichtsysteme bis zur Serienproduktion.

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NanoBeschichten – Entwicklung innovativer anwendungsspezifischer Funktionalisierungen von Oberflächen

Innovent e.V. Technologieentwicklung Jena
Prüssingstraße 27b
07745 Jena
Telefon: 03641 - 282510
Telefax: 03641 - 282530
Email | www.innovent-jena.de

INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena bündelt als gemeinnützige industrienahe Forschungseinrichtung die Kompetenzen aus den Forschungsbereichen: Oberflächentechnik (OFT), Primer & Chemische Oberflächenbehandlung (PCO), Magnetische & Optische Systeme (MOS), Biomaterialien (BMA) sowie die Analytik & Werkstoffprüfung (ANA).

Damit werden Applikationsfelder  der Oberflächentechnologie von Glas, Metallen und Kunststoffen, der Medizintechnik, Optik, Mikrosystemtechnik einschließlich Produkt- und Methodenentwicklung abgedeckt. Aufgrund langjähriger Erfahrung ist die optimale Durchführung von Entwicklungsprojekten zur Anwendungsreife möglich. Die Zusammenarbeit erstreckt sich von kleinen und mittelständigen Unternehmen bis zu großen, international agierenden Unternehmen. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Verfahrensentwicklung der CCVD-, r-CCVD- und Plasma-CVD-Technologien. Gepflegt und weiterentwickelt werden auch die klassischen Niederdruckbeschichtungsverfahren.

Ziele der Entwicklungen im Bereich der Oberflächentechnik sind:

  • Haftungsverbesserung
  • Verbesserung des Korrosionsschutzes
  • Erhöhung der Alterungsbeständigkeit von Werkstoffen und Beschichtungen
  • Oberflächenfunktionalisierung (Hydrophilie, Hydrophobie, Oleophobie)
  • Funktionale optische Schichten (Transmissionserhöhung oder Antireflex, schaltbare Schichten, Photokatalyse)
  • Verschleiß- und Kratzschutzschichten
  • Barriereschichten
  • Reibungsmindernde Schichten

INNOVENT kann auf breite Erfahrungen bei der Beantragung und Bearbeitung von geförderten Projekten in Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen und anderen Forschungseinrichtungen zurückgreifen. Auch werden viele Forschungsarbeiten im Industrieauftrag durchgeführt.

Plasmajet-Düsenkopf für flächige Funktionalisierungen
Beispiel für eine lokale Plasma-Hydrophilierung

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NanoZerkleinern – Herstellung von Nanomaterialien durch den Einsatz von Rührwerkskugelmühlen

NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH
Sedanstraße 70
D - 95100 Selb
Telefon: +49 (0) 9287 - 797-0
Telefax: +49 (0) 9287 - 797 149
Email | www.netzsch-grinding.com

Die NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH verfügt über langjährige Erfahrungen für die Optimierung des Designs und der Prozessparameter von Rührwerkskugelmühlen. Die große Spanne der Mahlraumvolumina zwischen 15 ml und 10.000 l verdeutlicht die Variabilität der angebotenen Maschinen. Die Mühlen zeichnen sich durch ihre langen Standzeiten aus und garantieren somit eine hohe Produktionssicherheit. Rührwerkskugelmühlen werden für die Desagglomeration sowie für die Echtzerkleinerung verschiedener Materialien bis in den Nanometer-Bereich in den verschiedensten Anwendungsbereichen eingesetzt. Der Hauptvorteil dieser Technologie ist die sehr gute Übertragbarkeit der Ergebnisse vom Labormaßstab in den echten Produktionsmaßstab. Während es für den Echtzerkleinerungsprozess notwendig ist, optimale Mahlkörperdurchmesser bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten des Rührwerks zu verwenden, werden für die sanfte Dispergierung sehr kleine Mahlkörper bei sehr geringen Umfangsgeschwindigkeiten des Rührwerks eingesetzt um die Morphologie der Primärpartikeln nicht zu zerstören. Sowohl für die Echtzerkleinerung von groben Partikeln als auch für die Desagglomeration werden immer kleinere Mahlkörper eingesetzt. Der Einsatz solcher kleinen Mahlkörper mit einem Durchmesser zwischen 30 µm und 300 µm erfordert ein spezielles Maschinendesign um eine einfache und sichere Handhabung dieser winzigen Mahlkörper zu garantieren. Durch die Entwicklung des neuen, offenen, dynamischen Mahlkörpertrennsystems ist es möglich, extrem kleine Mahlkörper für Echtzerkleinerungs- sowie Dessagglomerations-Prozesse bei gleichzeitiger Vermeidung von Metallkontakt in der Maschine zu nutzen.

ZETA® RS 10 mit einer schwenk- und ausfahrbaren Mahleinheit, hier zu sehen in den Positionen zum Befüllen, zum Mahlen / Nanodispergieren und zur Entleerung.

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NanoDispergiertechnik - Definiertes Beimischen von Nanoadditiven

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Felipe Wolff-Fabris

Weissenbacher Str. 86
D - 95100 Selb
Telefon: +49 (0) 9287 99880-11
Telefax: +49 (0) 9287 99880-13
Email | www.skz.de/ezd

Nanoadditive ermöglichen das Maßschneidern des Eigenschaftsprofils insbesondere von Kunststoffbauteilen. Zum Beispiel werden bessere mechanische und Barriereeigenschaften durch den Einsatz von Schichtsilikaten, antibakterielle Wirkung durch Silber-Nanopartikel erreicht. Im Vergleich zu Mikroadditiven werden mit erheblich kleineren Massenanteilen von Nanopartikeln ähnliche oder bessere Ergebnisse erzielt, was durch die größere Partikel-Matrix-Grenzfläche zu erklären ist. Die Dispergierung von Nanopartikeln in der Matrix ist deshalb für die Endeigenschaften entscheidend, da diese Nanopartikel aufgrund der großen Oberfläche und der Brownschen Molekularbewegung zur Agglomeration tendieren.

Für die erfolgreiche Herstellung von Nanokompositen sind drei Aspekte zu berücksichtigen:

  • Die Partikeloberfläche soll mit der Matrix verträglich sein. Dafür werden chemische und/oder physikalische Oberflächenmodifizierungen angesetzt, wie z. B. durch nasschemische Verfahren oder Plasmabehandlung.
  • Agglomerate sollen für die homogene Verteilung von Einzelpartikeln in der Matrix mechanisch zerstört werden, beispielsweise durch hohe Scherkräfte (Dreiwalzwerk, Hochdruckhomogenisator) oder Kavitation (Ultraschalldispergierung).
  • Die Stabilisierung der Nanosuspension vermeidet die Reagglomeration von Partikeln, was durch o. g. Oberflächenmodifizierung oder Zugabe von Tensiden erreicht werden kann.

Das Europäische Zentrum für Dispersionstechnologie (EZD), ein neues Geschäftsfeld des  SKZ, will Nanodispergiertechnologien für die Industrie verfügbarer machen und in FuE-Kooperationsprojekten umsetzen.

Europäisches Zentrum für Dispersionstechnologien www.skz.de/ezd

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NanoDispergieren - Definierte Verarbeitung für definierte Materialeigenschaften

EXAKT Advances Technologies GmbH
Robert-Koch-Str. 5
D- 22851 Norderstedt
Telefon:  +49 40 529560-0
Fax:  +49 40 5249959
Email | www.exakt.de

Dreiwalzwerke sind eine Schlüsseltechnologie für gezieltes Dispergieren zur Steuerung funktionaler Eigenschaften von Nano-Materialien. Entscheidend für deren Funktion sind eine definierte Partikelgröße und -verteilung, die Erhaltung von Partikelstruktur und -funktion sowie rheologische Eigenschaften einer Suspension. 

Nanopartikel neigen zur Agglomeration, aber nur vereinzelt entfalten sie spezifische Eigenschaften, wobei der Grad der Vereinzelung entscheidend für die Funktionalität ist. Verfahrenscharakteristik und Maschinendesign ermöglichen einen homogenen und kontrollierbaren Energieeitrag in das Produkt. Für optimale Reproduzierbarkeit werden Verarbeitungsparameter  erfasst und können jederzeit abgerufen werden.

Ziel ist, über eine bestmögliche Prozesssteuerung Entwicklungszeiten von neuen Materialien zu verkürzen, die Time-to-Market zu reduzieren und stabile Produktionsprozesse sicherzustellen.

Dreiwalzwerke für das Homogenisieren, Entlüften, Benetzen oder Feinverreiben.

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NanoFolien – Eigenschaftsverbesserung polymerer Folien

Klöckner Pentaplast GmbH Co.KG
Industriestr. 3-5
D - 56412 Heiligenroth
Email | www.kpfilms.com

Klöckner Pentaplast als Hersteller von Verpackungsfolien für pharmazeutische- und Lebensmittel-Verpackungen stellt weltweit über 500.000 to Hartfolien aus PVC, PET, PA und anderen Materialien nach dem Kalendrier- bzw. Extrudierverfahren her.
Neue Nanoprozesstechnologien zur Oberflächenbeschichtung, wie z.B. das Sprühverfahren, Filzdüsenauftrag oder Corona-Aerosol-Oberflächenbehandlung haben die Eigenschaften moderner Verpackungen revolutioniert.

Mit Hilfe der Nanotechnologie erhält man durch die enorme Vergrößerung der wirksamen Oberfläche völlig neue Anwendungen bei gleichzeitigem Erhalt der Transparenz der Folien. Durch den geringen Ressourcenverbrauch versprechen Nanoprozesstechnologien zudem eine minimale Schädigung der Natur. Aus dem großen Bereich der schon realisierten und noch denkbaren Anwendungsbeispiele für verbesserte Verpackungsfolien sind hier beispielhaft nur einige Eigenschaftsverbesserungen von polymeren Folien durch Nanotechnologie herausgegriffen:

  • Verbesserte mechanische Eigenschaften, die das Verpackungsgut schützen und die Haltbarkeit verlängern
  • Einführen einer maßgeschneiderten Bedruckbarkeit und Kratzfestigkeit
  • Intelligente Oberflächen, die Informationen über den Zustand des Verpackungsgutes liefern, wie beispielsweise Indikatoren für den Ablauf der Haltbarkeit (Feuchtigkeits- und pH-Wert-Abfall, Zeitindikatoren, Indikatoren für die Verletzung der Kühltemperaturen, usw.)
  • Antimikrobielle und sauerstoffabsorbierende Oberflächen
  • Antistatische und antikorrosive Oberflächen
  • Spezielle, illuminiszierende Farbpigmente für den Fälschungsschutz

Klöckner Pentaplast unterhält in seinem Werk in St.Petersburg ein gemeinsames „Zentrum polymerer Folien“ mit dem St. Petersburger Technologischem Institut, wo wissenschaftliche Erkenntnisse der Nanotechnologie mit Labor- und Produktionsaufrüstungen für Folienherstellung gekoppelt werden und erste anwendbare Folien mit besonderen auf Nanotechnologie beruhenden Eigenschaften produziert werden.

Pilotbeschichtungsanlage mit Walzen-, Rakel- und Nanosolbeschichtung sowie IR-, UV und konventioneller Trocknung im Folienzentrum St. Petersburg
Laborbeschichtungsanlage mit Corona, Düse und IR-Trocknung an TU St. Petersburg.

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