Für Gäste veranstaltet Marko Eichler schon einmal ein Feuerwerk: kaum hat der Physiker das Licht seines Labors am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik ausgeschaltet, erfüllt ein geisterhafter Schein die Umgebung der Versuchsapparatur. Tausende winziger Blitze zucken da zwischen zwei Elektroden in der Plasmakammer und deuten an, dass sich dahinter die Macht von einigen 1000 Volt Spannung verbirgt. Physikalisch sieht die Sache indes sehr viel nüchterner aus: Unter der Spannung werden den Gasatomen einzelne Elektronen entrissen, wobei die Blitze als Nebeneffekt entstehen. Sie künden von dem Resultat: ionisierten Gasmolekülen. Ansonsten sei das "kalte Feuer", wie der Physiker es nennt, eine wenig spektakuläre Angelegenheit: "Wenn man jetzt seine Hand ins Plasma hineinhalten würde, würde erst mal nicht viel passieren, außer dass man leicht diesen Strom merkt. Das Plasma ist relativ kalt, es ist normaler Umgebungsdruck und es würde nicht viel passieren." Der Clou bei der Sache ist allerdings, dass dieses Plasma nicht in einem Vakuum, sondern bei normalem Luftdruck erzeugt wird. Die Luftmoleküle fungieren dabei quasi als Bremser, denn die ionisierten Moleküle ecken dauernd an andere Teilchen an und verlieren so an Fahrt. Das Resultat ist eine erstaunlich niedrige Temperatur des Plasmas.
"Wir sind nur an kalten Plasmen interessiert, weil nur diese die Behandlung von thermisch empfindlichen Substraten wie Kunststoffen erlauben", unterstreicht der Braunschweiger Forscher. Gerade bei Plastik, das immer öfter mit Plasmen behandelt wird, weil es preiswert und nahezu beliebig formbar ist, wirkte eine hohe Temperatur zerstörerisch, fügt Professor Claus-Peter Klages, Professor an der Technischen Universität Braunschweig und ebenfalls am Fraunhofer-Institut beheimatet hinzu. Ohne die Sonderbehandlung mit dem kalten Feuer würde Kunststoff indes wenig Neigung zeigen, sich schick bedrucken zu lassen. Die flotten Elektronen des Plasma leisten hier aber entscheidende Überzeugungsarbeit, ohne die empfindliche Oberfläche nachhaltig zu schädigen. An winzigen Testoberflächen, kaum größer als einen Millimeter, erproben die Fraunhofer-Wissenschaftler ihre Technologie. "In dieser kleinen Struktur befindet sich ein Kanal, in dem ein Gas enthalten ist. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit zwei Elektroden wird dieses Gas zum Leuchten gebracht. Dadurch sieht man diesen Kanal jetzt wirklich schön blau leuchten", freut sich Marko Eichler.
Die feine Mini-Plasmakammer ist allerdings nur der erste Schritt. Bereits träumen Eichler und seine Kollegen von komplexen Labors im Miniaturformat auf solchen Plastikchips. Beispielsweise Gentests oder medizinische Nachweisverfahren könnten so preiswert und schnell durchgeführt werden, wenn solche "Labors auf dem Chip" gleich serienweise vom Band laufen. Doch die günstigen Plastikchips haben immer noch ihre Tücken. Beispielsweise sind sie stark wasserabweisend - kein Tropfen würde durch die Minikanäle fließen wollen. Auch hier kann die Plasmatechnik Abhilfe schaffen. "Eine Möglichkeit ist, Schichten in den Kanälen abzuscheiden, die eine große Oberflächenspannung aufweisen. Siliziumoxidschichten sorgen beispielsweise dafür, dass das Wasser sehr leicht in die feinen Kanäle eindringt. Andere Oberflächenfunktionen, an denen wir arbeiten, sind Barriereeigenschaften, die wiederum verhindern, dass aus dem Kunststoffmaterial Substanzen in die Kanäle eindringen." Die vielseitige Veredelung mittels ionisiertem Gas bringt einen weiteren Wettbewerbsvorteil mit sich: sie kostet wenig. Vielleicht der ausschlaggebende Vorteil, der Mikroplasmen für die Produktion maßgeschneiderte Minilabore zur Methode der Wahl machen könnte.
[Quelle: Björn Schwentker]
"Wir sind nur an kalten Plasmen interessiert, weil nur diese die Behandlung von thermisch empfindlichen Substraten wie Kunststoffen erlauben", unterstreicht der Braunschweiger Forscher. Gerade bei Plastik, das immer öfter mit Plasmen behandelt wird, weil es preiswert und nahezu beliebig formbar ist, wirkte eine hohe Temperatur zerstörerisch, fügt Professor Claus-Peter Klages, Professor an der Technischen Universität Braunschweig und ebenfalls am Fraunhofer-Institut beheimatet hinzu. Ohne die Sonderbehandlung mit dem kalten Feuer würde Kunststoff indes wenig Neigung zeigen, sich schick bedrucken zu lassen. Die flotten Elektronen des Plasma leisten hier aber entscheidende Überzeugungsarbeit, ohne die empfindliche Oberfläche nachhaltig zu schädigen. An winzigen Testoberflächen, kaum größer als einen Millimeter, erproben die Fraunhofer-Wissenschaftler ihre Technologie. "In dieser kleinen Struktur befindet sich ein Kanal, in dem ein Gas enthalten ist. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit zwei Elektroden wird dieses Gas zum Leuchten gebracht. Dadurch sieht man diesen Kanal jetzt wirklich schön blau leuchten", freut sich Marko Eichler.
Die feine Mini-Plasmakammer ist allerdings nur der erste Schritt. Bereits träumen Eichler und seine Kollegen von komplexen Labors im Miniaturformat auf solchen Plastikchips. Beispielsweise Gentests oder medizinische Nachweisverfahren könnten so preiswert und schnell durchgeführt werden, wenn solche "Labors auf dem Chip" gleich serienweise vom Band laufen. Doch die günstigen Plastikchips haben immer noch ihre Tücken. Beispielsweise sind sie stark wasserabweisend - kein Tropfen würde durch die Minikanäle fließen wollen. Auch hier kann die Plasmatechnik Abhilfe schaffen. "Eine Möglichkeit ist, Schichten in den Kanälen abzuscheiden, die eine große Oberflächenspannung aufweisen. Siliziumoxidschichten sorgen beispielsweise dafür, dass das Wasser sehr leicht in die feinen Kanäle eindringt. Andere Oberflächenfunktionen, an denen wir arbeiten, sind Barriereeigenschaften, die wiederum verhindern, dass aus dem Kunststoffmaterial Substanzen in die Kanäle eindringen." Die vielseitige Veredelung mittels ionisiertem Gas bringt einen weiteren Wettbewerbsvorteil mit sich: sie kostet wenig. Vielleicht der ausschlaggebende Vorteil, der Mikroplasmen für die Produktion maßgeschneiderte Minilabore zur Methode der Wahl machen könnte.
[Quelle: Björn Schwentker]