Ionenstrahlbasierte Abtragsprozesse unter Verwendung inerter Ionen zur Formgebung, Strukturierung und Glättung von Oberflächen haben in den letzten Jahren einen enormen Aufschwung erfahren und sind mittlerweile etablierte Schlüsseltechnologien, z. B. in der High-End-Optikfertigung. Insbesondere reaktive ionenstrahlbasierte Abtragsprozesse (Reactive Ion Beam Etching - RIBE) gewinnen zunehmend an Bedeutung. Hier werden, neben dem rein physikalischen Prozess der Zerstäubung, auch chemische Reaktionen zwischen der Oberfläche und dem reaktiven Ion (oder Radikal) ausgenutzt, wodurch zusätzlich Freiheitsgrade für den definierten Materialabtrag entstehen. Grundvoraussetzung ist jedoch, dass den stetig steigenden Genauigkeitsanforderungen in diesem Hochtechnologiesektor (Formgenauigkeit, Rauheit, Prozessstabilität und -kontrolle) entsprochen werden kann. Von zentraler Bedeutung sind dabei hochentwickelte und prozessangepasste reaktivgasgeeignete Ionenquellen, die bestimmten Anforderungen hinsichtlich Stabilität, prozessangepasste Strahlzusammensetzung, Wartungszeiten, etc. genügen müssen. Aufgrund der applikations-gegebenen Notwendigkeit soll zukünftig verstärkt die Entwicklung und Optimierung prozessangepasster Breitstrahlionenquellen vorangetrieben werden.

Voraussetzung für derartige technologische Entwicklungen ist eine ausgefeilte Diagnostikplattform zur Charakterisierung von reaktiven Ionenstrahlprozessen. Mit dem Aufbau der neuen universellen Diagnostikplattform am IOM soll einerseits die FuE-Infrastruktur auf dem Gebiet der Entwicklung als auch Anwendung von Breitstrahlionenquellen nachhaltig gestärkt und gesichert werden, Prozessgrundlagen und neue Anwendungen erarbeitet sowie eine Basis für den Transfer der zu erwartenden technologischen Ergebnisse in die industrielle Nutzung geschaffen werden.

Laufzeit: 2019 – 2021 
Fördersumme: 1.189.584,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Dr. Frank Frost
Forschungsbereich Ultra-Präzisionsoberflächen
Tel.: 49 (0)341 235-3309
E-Mail: frank.frost(at)iom-leipzig.de

Dr. Daniel Spemann
Querschnittseinheit Werkzeugentwicklung
Tel.: 49 (0)341 235-2681
E-Mail: daniel.spemann(at)iom-leipzig.de

Mit dieser neuen Forschungsplattform steht dem IOM ein neues und einzigartiges Instrument zur Verfügung und ermöglicht durch Anwendungen verschiedener physikalischer und chemischer Nichtgleichgewichtsprozesse Oberflächen zu modifizieren und neue funktionale Materialien und dünne Filme auf Oberflächen zu synthetisieren. Die Plattform selbst ist flexibel und modular aufgebaut, um langfristig auf verschiedene Materialsysteme anwendbar zu sein und auf Forschungsbedürfnisse reagieren zu können, die durch neue Forschungsentwicklungen der Grundlagen und Anwendungen entstehen. Erste Tests mit der Plattform werden an Materialsystemen aus den Bereichen schaltbare Schichten bei tiefen Temperaturen (kontrollierbare Oberflächenphysik) sowie Energiekonversion und -speicherung (elektrochemisch aktive Oberflächen) durchgeführt.

Laufzeit: 2019-2021
Fördermittel: 988.248,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Prof. Dr. André Anders
Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM)
Direktor IOM
Tel.: 49 (0)341 235-2308
E-Mail:  andre.anders(at)iom-leipzig.de

Ziel ist es, mittels einer modularen Forschungsplattform neuartige zwei- und dreidimensionale Nanomaterialsysteme auf Oberflächen zu synthetisieren. Dazu werden neue gepulste Plasmaverfahren zur Anwendung kommen. Durch gleichzeitige Messung und Kontrolle der Eigenschaften von gepulsten Plasmen und der aufwachsenden dünnen Schichten bzw. Nanokomposite werden die Syntheseparameter erforscht, eingestellt und ausgenutzt, um neue Materialsysteme nach Maß auf Oberflächen für verschiedene Anwendungen bereitzustellen. Insbesondere zwei Materialsysteme sollen untersucht werden: (1) Schaltbare Oxidschichten, vor allem solche, die bei tiefen (cryo-)Temperaturen ihre elektrischen Eigenschaften schalten und (2) hochporöse elektrochemisch aktive Schichten, die für die Energieumwandlung und -speicherung von Interesse sind.

Laufzeit: 2019-2022
Fördermittel: 661.752,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Prof. Dr. André Anders
Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM)
Direktor IOM
Tel.: 49 (0)341 235-2308
E-Mail:  andre.anders(at)iom-leipzig.de

Ziel des Vorhabens ist die Untersuchung des Potenzials und der technischen Umsetzungsmöglichkeiten eines Spiegelladungsdetektors für den Nachweis einzelner Ionen im freien Durchflug. Ein solcher Detektor ermöglicht die deterministische Einzelionenimplantation, d.h. die hochpräzise Platzierung einzelner, abgezählter Ionen in oberflächennahen Bereichen einer beliebigen Probe für Anwendungen in der Quantentechnologie. Zu diesem Zweck sollen geeignete Nachweiselektroniken basierend auf Silizium- bzw. GaAs-Transistoren (Galliumarsenid) hinsichtlich Rauschverhalten und Empfindlichkeit in einem Testaufbau untersucht und optimiert sowie parallel die Strahlführung im ionLINE-Implanter für die Spiegelladungsdetektion ausgelegt werden. Ein Spiegelladungsdetektor soll nach Optimierung in den ionLINE-Implanter integriert und dort im kryogenen Betrieb eingehend hinsichtlich Nachweiseffizienz charakterisiert werden. Anhand der gesammelten Daten soll zum Projektschluss das Potenzial der Spiegelladungsdetektion kritisch bewertet und eine konkrete technische Umsetzung eines solchen Einzelionendetektors vorgeschlagen werden.

Die Arbeiten finden in Kooperation mit der Universität Leipzig im gemeinsamen Leibniz Joint Lab "Einzelionenimplantation" statt.

Laufzeit: 2017-2020
Fördermittel: 314.477,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)
Kooperationspartner: Universität Leipzig

Kontakt:
Dr. Daniel Spemann
Querschnittseinheit Werkzeugentwicklung
Tel.: 49 (0)341 235-2681
E-Mail: daniel.spemann(at)iom-leipzig.de

Innerhalb des Verbundprojekts sollen gemeinsam mit der SKAN Deutschland GmbH und der TU Bergakademie Freiberg die bei der Dekontamination beteiligten Prozesse beschleunigt werden. Das umfasst insbesondere die SKANFOG - Technologie für Isolatoren und Reinräume, die Entwicklung und Herstellung von Katalysatoren für den Abbau von Wasserstoffperoxid sowie die mobile  Raumdekontamination mit SKANFOG-Systemen. Im Fokus des IOM steht dabei die Entwicklung und Modifizierung von dreidimensionalen, porösen Oberflächen die im Dekontaminationszyklus beteiligt sind.

Laufzeit: 2020-2022
Fördermittel: 474.507,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)
Verbundpartner: SKAN Deutschland GmbH, TU Bergakademie Freiberg

Kontakt:
Dr. Agnes Schulze
Leiterin des Forschungsbereiches Oberflächen poröser Membranfilter
Tel.: +49 (0)341 235-2400
E-Mail: agnes.schulze(at)iom-leipzig.de

Zur Entwicklung und Validierung einer neuen Zellisolations-Technologie arbeitet das Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM) gemeinsam mit dem Verbundpartner Cell.Copedia GmbH (Leipzig) in einem SAB geförderten FuE-Verbundprojekt. In einem Teilprojekt wird in enger Zusammenarbeit des IOM mit der Cell.Copedia GmbH ein Sterilisationsprozess mittels hochenergetischer Elektronen validiert. Mit Hilfe eines von der SAB geförderten Elektrospraygeräts wird außerdem an Alternativmaterialien für die CC-Top Technologie geforscht.

Teilthema: Validierung eines Sterilisationsprozesses mittels Elektronen-Beam-Sterilisation

Laufzeit: 2019-2021
Fördersumme: 196.104,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Dr. Stefanie Riedel
Forschungsbereich Biokompatible und bioaktive Oberflächen / Gele und Hydrogele
Tel.: +49 (0)341 235-2688
E-Mail: stefanie.riedel(at)iom-leipzig.de

Prof. Dr. Stefan Mayr
Leiter des Forschungsbereiches Biokompatible und bioaktive Oberflächen
Tel.: +49 (0)341 235-3368
E-Mail: stefan.mayr(at)iom-leipzig.de

Ein Forscherteam mit komplementären Expertisen des Forschungsbereiches Biokompatible und bioaktive Oberflächen am Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM) hat sich zum Ziel gesetzt, innovative TiO₂-Nanoröhren-Scaffolds als wirtschaftliches Produkt auf dem Markt der Gewebekultur-Plattform zu etablieren. Unter der Leitung von Prof. Dr. Stefan G. Mayr liegt der Fokus dabei auf der Entwicklung eines alternativen Produktes für Langzeitkultivierung verschiedener adulter Gewebe. Im Rahmen des Programms „Validierungsförderung“ der Sächsischen Aufbaubank (SAB) und des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung wurde nun ein entsprechendes Projekt bewilligt. Mittels dieser Finanzierung sollen die Scaffolds zur Marktreife geführt werden.

Die Struktur und Funktion eines ausgewachsenen Gewebes können außerhalb des Körpers bisher nur sehr schwer erhalten bleiben. Auf konventionellen Filtereinsätzen sterben sensible Gewebe meist nach wenigen Stunden bis Tagen ab, Zellen wandern aus dem Gewebeverband aus und das Gewebe zerfließt förmlich. Ausgeklügelte Gerüststrukturen, sogenannte Scaffolds aus Titandioxid sollen dieses Problem lösen: auf Millionen nebeneinander angeordneten Röhren im Nanometerbereich kann das Gewebe außerordentlich gut haften. Es wird dauerhaft mit einem Nährmedium versorgt und kann so, wenn die Durchmesser der Nanoröhren richtig eingestellt sind, über viele Tage bis hin zu mehreren Wochen und Monaten am Leben erhalten werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden bietet dieses innovative Kultivierungsprinzip zudem eine umweltbewusste, ressourcenschonende und kostengünstige Alternative.

Laufzeit: 2021-2022
Fördersumme: 196.635,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Sabrina Friebe
Forschungsbereich Biokompatible und bioaktive Oberflächen / Biofunktionale Oberflächen und Nanoobjekte
Tel.: +49 (0)341 235-2688
E-Mail: sabrina.friebe(a)iom-leipzig.de

Astrid Kupferer
Forschungsbereich Biokompatible und bioaktive Oberflächen/ Biofunktionale Oberflächen und Nanoobjekte
Tel.: +49 (0)341 235-2682
E-Mail: astrid.kupferer(a)iom-leipzig.de

Prof. Dr. Stefan Mayr
Leiter des Forschungsbereiches Biokompatible und bioaktive Oberflächen
Tel.: +49 (0)341 235-3368
E-Mail: stefan.mayr(a)iom-leipzig.de

Das IOM baut derzeit mit Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) eine Forschungplattform zur Behandlung von Polymeroberflächen mit Atmosphärendruckplasmen auf. Die Forschungsplattform bietet einzigartige Möglichkeiten zur Charakterisierung und Entwicklung von Behandlungsprozessen mittels kosteneffizienter Atmosphären-druckplasmen. Dazu stehen verschiedene Plasmaquellen basierend auf dielektrischen Barriereentladungen zur Verfügung, sowie Instrumente zur Plasmadiagnostik, wie ein VUV-Spektrometer und ein Atmosphärendruck-taugliches Massenspektrometer.

Laufzeit: 2021 – 2022
Fördermittel: 409.600,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Dr. Martin Rudolph
Forschungsbereich Barriere- und Präzisionsschichten / Plasmagestützte Schichtabscheidung
Tel.: 49 (0)341 235-4030
E-Mail: martin.rudolph(a)iom-leipzig.de

Grüner Wasserstoff bietet enorme Chancen für den Energie- und Mobilitätsstandort Deutschland. Er kann durch Elektrolyse klimaneutral aus erneuerbarem Strom erzeugt und je nach Bedarf gespeichert, transportiert oder verbraucht werden. So beispielsweise in Brennstoffzellen zur Erzeugung von Strom und Wärme oder in Industrieprozessen. Im Zuge der Umsetzung der Wasserstoffwirtschaft werden zunehmend auch Polymermaterialien mit einem Schutz vor Wasserstoffdurchtritt ausgerüstet. Dazu dienen Gassperrbeschichtungen, die komplexe Anforderungsprofile erfüllen müssen. Sie sollten hohe Gassperrwirkungen erzielen, bei geringen Temperaturen herstellbar sein und sowohl Schwankungen der Außentemperatur als auch des Gasdruckes standhalten. Obwohl viel über den Gasdurchtritt durch Schichtmaterialien bekannt ist, wurde die Dehnung der Schichten bei den bisherigen Untersuchungen nur selten betrachtet.
Im Rahmen des von der Sächsischen Aufbaubank (SAB) geförderten Forschungsvorhabens werden nun am IOM erstmalig die instrumentellen Gegebenheiten geschaffen, um systematisch Daten zur Gassperrwirkung von Beschichtungen in verschiedenen Dehnungszuständen zu erheben und diese für erste Untersuchungen an verschiedenen Materialien eingesetzt. Dabei werden Beschichtungen untersucht, die durch den gezielten Einsatz von Licht, Plasmen oder Ionenstrahlen bei sehr geringen Temperaturen hergestellt werden können. Ziel ist es, die im Rahmen des Forschungsvorhabens erhobenen Daten in der Materialforschung weiter zu nutzen, um den Einfluss der Bedingungen bei der Schichtherstellung auf die Gassperrwirkung ableiten und resultierend daraus passgenaue Technologien für konkrete Anwendungen entwickeln zu können. Mit dem Projekt stärkt das IOM seine Kompetenz im Bereich Gassperrschichten und plant seine Aktivitäten auf diesem Gebiet auszuweiten.

Laufzeit: 04/2022 – 12/2022
Fördermittel: 249.387,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Dr. Ulrike Helmstedt
Forschungsbereich Barriere- und Präzisionsschichten
Tel.: 49 (0)341 235-3240
E-Mail: ulrike.helmstedt(a)iom-leipzig.de

Mithilfe von Elektronenbestrahlung werden am IOM maßgeschneiderte Netzwerke synthetisiert bzw. existierende biologische Netzwerke modifiziert. Um zu einem fundamentalen Verständnis dieser veränderten Netzwerke beizutragen und neue Therapiemöglichkeiten zu entwickeln, wird innerhalb des Projekts „Quantitative konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie zur computer- und KI-gestützten Datenanalyse teilchenstrahlfunktionalisierter Oberflächen und Biomaterialien“ ein konfokales Laser-Scanning-Mikroskop etabliert. In dem vom SMWK geförderten und von der SAB bewilligten Projekt steht die Generierung von experimentellen Daten von netzwerkspezifischen Struktur-Eigenschafts-Krankheitskorrelationen im Vordergrund. Bei der Auswertung werden Deep Learning-Verfahren angewendet.

Laufzeit: 03/2023-12/2023
Fördermittel: 424.971,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Astrid Kupferer
Forschungsbereich Biokompatible und bioaktive Oberflächen/ Biofunktionale Oberflächen und Nanoobjekte
Tel.: +49 (0)341 235-2682
E-Mail: astrid.kupferer(a)iom-leipzig.de

Prof. Dr. Stefan Mayr
Leiter des Forschungsbereiches Biokompatible und bioaktive Oberflächen
Tel.: +49 (0)341 235-3368
E-Mail: stefan.mayr(a)iom-leipzig.de

Fluoreszierende Nanodiamanten werden für viele Anwendungen in der Quantentechnologie und der Medizin benötigt. In der Quantensensorik liegt ein besonderes Potential in leistungsfähigen Sensoren für die Batterietechnik, Elektromobilität, die Robotik oder die chemische Industrie. In der Medizin können fluoreszierende Nanodiamanten gesundheitlich kritische Substanzen in MRT-Kontrastmitteln ersetzen und als Wirkstofftransporter dienen. Bisher sind solche Anwendungen jedoch noch unwirtschaftlich, da die Kosten für die Herstellung der entsprechenden Farbzentren, wie z.B. der Stickstoff-Vakanz (NV) – Zentren, diese Nanodiamanten extrem teuer machen. Das IOM hat mit der Hochtemperatur-Bestrahlung einen Ansatz zur effizienteren Herstellung der notwendigen NV-Zentren identifiziert. Dieser hat das Potenzial, die Kosten für die Herstellung von NV-Zentren in Nanodiamanten um 1-2 Größenordnungen zu senken. Im Rahmen des Orientierungsprojektes soll das technische und wirtschaftliche Einsparpotential konkretisiert und mehrere mögliche Anwendungsfelder untersucht werden. Im Erfolgsfall soll gezielt ein nachfolgendes Validierungsprojekt beantragt werden.

Laufzeit: 07/2023-10/2023
Fördermittel: 16.666,67 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Dr. Wolfgang Knolle
Werkzeuge / Hertz-Elektronenstrahllabor
Tel.: +49 (0)341 235-3607
E-Mail: wolfgang.knolle(a)iom-leipzig.de

Ziel des Projektes ist die nachhaltige Stärkung der Drittmittel-, Wettbewerbs- und internationalen Kooperationsfähigkeit des Leibniz-Institutes für Oberflächenmodifizierung (IOM) e.V. auf dem Gebiet der ultrapräzisen Bearbeitung von Oberflächen mittels Lasertechnik. Die Entwicklung der Lasermikrostrukturierung für ultrapräzise Oberflächen erfordert eine entsprechend präzise Laseranlagentechnik, die mit der Umsetzung des Projektes in Kombination mit bisherigen Forschungsergebnissen realisiert werden soll. Die durch die Investition gestärkten Forschungsmöglichkeiten zielen insgesamt auf die Herstellung präziser Oberflächen mit verbesserter Genauigkeit hinsichtlich vertikaler Präzision, lateraler Auflösung, Materialeigenschaften und verbesserter Überlagerungsgenauigkeit durch die Lasermikromaterialbearbeitung ab. Der gezielte Ausbau der Forschungsinfrastruktur und damit der technologischen Leistungsfähigkeit ist eine wesentliche Voraussetzung für den Erhalt und die Weiterentwicklung der Innovationsfähigkeit des IOM und des Innovationsstandortes Sachsen.

Laufzeit: 05/2022-12/2022
Fördermittel: 249.028,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Dr. Klaus Zimmer
Ultra-Präzisionsoberflächen / Lasergestützte Mikro- und Nanostrukturierung
Tel.: +49 (0)341 235-3287
E-Mail: klaus.zimmer(a)iom-leipzig.de

Klimawandel, Plastikverschmutzung und Ernährungsunsicherheit sind existenzielle Bedrohungen und stellen Europa und die Welt vor enorme Herausforderungen. Die Suche nach nachhaltigen Lösungen ist eine Herausforderung.
Das REPLACER-Projekt geht diese Herausforderungen an, indem es die Vorteile der lebenden und der nicht lebenden Welt kombiniert, um hybride lebende Materialien (HLMs) zu entwickeln und eine nachhaltige Produktion von Proteinen für Futtermittel zu ermöglichen.
Zu den wichtigsten Zielsetzungen des REPLACER-Projekts gehören ein neues Konzept zur Bindung und Nutzung von Kohlenstoff, HLM-basierte Bioreaktor-Prototypen aus recycelten PET-Membranen und mikrobielle Proteine als Grundlage für Tierfutter, die aus Treibhausgasen durch die HLMs produziert werden.
Die Kommerzialisierung des Konzepts wird dazu beitragen, a) Treibhausgase abzuscheiden und die Ziele der EU zur Verringerung der Treibhausgasemissionen zu unterstützen, b) Kunststoffe zu recyceln und den europäischen Green Deal und den Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft zu unterstützen, c) mikrobielle Proteine zu produzieren und die Abhängigkeit der EU von Sojaproteineinfuhren zu verringern.

Link für weitere Informationen.

Laufzeit: 06/2023-05/2026
Fördersumme: 353.661,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB) / M-ERA.NET

Kontakt:
Dr. Agnes Schulze
Leiterin des Forschungsbereiches Oberflächen poröser Membranfilter
Tel.: +49 (0)341 235-2400
E-Mail: agnes.schulze(at)iom-leipzig.de

Das IOM hat eine Technologie entwickelt, mit der Membranen aus Recycling-PET kostengünstig hergestellt (bis zu 95% geringere Herstellkosten) und gleichzeitig so veredelt werden können, dass sie deutlich höhere Leistungen (Lebensdauer, Betriebskosten) erbringen – jeweils verglichen mit klassischen Membranen aus den heute gebräuchlichen Materialien PVDF oder PES. Besonders dabei ist die Entwicklung eines kostengünstigen Herstellungs- und Veredelungsverfahrens für Membranen aus Recycling-PET sowie die Herstellung direkt mit der Veredelung (Oberflächenfunktionalisierung) in einem zusammenhängenden Arbeitsgang.
Zur Validierung wird gemeinsam mit ersten Anwendungspartnern aus der Industrie geprüft, ob dieses Verfahren für eine potentielle Massenfertigung geeignet ist (Rolle-zu-Rolle-Prozess) und wie hoch die absehbare Leistungssteigerung im praktischen Einsatz, vorrangig im Bereich der Abwasserbehandlung, ist. Für Anwendungen z.B. in der Trinkwasseraufbereitung, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Medizintechnik oder der chemischen Industrie werden zusätzliche Verwertungspartner identifiziert.
Ziel ist es, nach Abschluss des Projektes validierte Verfahren für die Herstellung von Filtermembranen bereitzustellen, die verschiedensten Anwendergruppen zugänglich sind und eine signifikante Senkung der Betriebskosten von polymermembranbasierten Filtern bei deutlich niedrigeren Anschaffungskosten ermöglichen.

Laufzeit: 2021-2022
Fördersumme: 224.991,00 Euro
Projektträger: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Kontakt:
Dr. Daniel Breite
Forschungsbereich Oberflächen poröser Membranfilter / Materialentwicklung
Tel.: +49 (0)341 235-3187
E-Mail: daniel.breite(at)iom-leipzig.de

Dr. Agnes Schulze
Leiterin des Forschungsbereiches Oberflächen poröser Membranfilter
Tel.: +49 (0)341 235-2400
E-Mail: agnes.schulze(at)iom-leipzig.de

Mikrostruktur und Eigenschaften von dünnen Schichten werden durch das Filmmaterial, die Art und den Zustand der Substratoberfläche und die Prozessparameter der Abscheidung bestimmt. Bei plasmabasierten Prozessen können kristalline Schichten bei relativ niedriger Substrattemperatur hergestellt werden. Im Allgemeinen wird die kinetische Energie der Ionen genutzt, um die gewünschten strukturellen Effekte zu erzielen. Dies wird durch das Anlegen einer Vorspannung an das Substrat erreicht. Allerdings führen zu hohe Energien (>100 eV) zur Bildung von Defekten, die oft abträglich für Filmeigenschaften und damit für deren Anwendung sind. In diesem Projekt untersuchen wir theoretisch und experimentell einen alternativen Ansatz für das Wachstum neuartiger metastabiler Materialien, nämlich die Nutzung der potenziellen Energie von Ionen unter Nutzung moderater kinetischer Energien für das Implantieren dicht unter der Oberfläche, das „Subplantieren“.

Laufzeit: 2019-2022
Fördersumme: 966.260,00 Euro
Förderprogramm: Leibniz-Kooperative Exzellenz
Kooperationspartner: RWTH Aachen

Kontakt:
Prof. Dr. André Anders
Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V.
Direktor IOM
Tel.: 49 (0)341 235-2308
E-Mail: andre.anders(at)iom-leipzig.de

Das Ziel ist, ein Bündnis für Innovationen zu mikrostrukturierten Funktionsoberflächen gemeinsam mit 42 mitteldeutschen Unternehmen, Bildungs- und Forschungseinrichtungen aufzubauen und damit eine stärkere regionale Vernetzung von Unternehmen, Forschenden und Ausbildenden der Bereiche Material-, Oberflächen-, Laser- und Werkzeugtechnik bei Innovationsprozessen zu erreichen. Kompetenzen sollen gemeinsam entwickelt und auch für innovationsfernere Partner zugänglich gemacht werden. Aus- und Weiterbildung sollen flexibler gestaltet werden und so mitteldeutschen Unternehmen die Suche nach Fachkräften erleichtern.
Das mitteldeutsche Bündnis "GRAVOmer" wird im Rahmen des Förderprogrammes "WIR! - Wandel durch Innovation in der Region“ durch das Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) ) mit ca. 8 Millionen Euro gefördert. Die Geschäftsstelle von GRAVOmer ist am IOM angesiedelt.

www.gravomer.de

Laufzeit: 2019-2021
Fördersumme: ca. 8 Millionen Euro
Förderprogramm: WIR! – Wandel durch Innovation in der Region des BMBF
Koordination: Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. gemeinsam mit Herlac Coswig GmbH und Sächsische Walzengravur GmbH

Kontakt:
Dr. U. Helmstedt
Leiterin Forschungsbereich Barriere- und Präzisionsschichten
Tel.: +49 (0)341 235-3240
E-Mail: ulrike.helmstedt(at)iom-leipzig.de

Geschäftsstelle von GRAVOmer am IOM:

Arend Riegel
Bündnismanager
Tel.: +49 (0) 156 78 35 28 53
Mobil: +49 (0) 341 – 235 3106
E-Mail: management(at)gravomer.de
 

Metallspiegel mit extrem glatten Oberflächen kommen beispielsweise als optische Elemente bei der Computer-Chip-Herstellung, bei Laser-Projektoren und bei Weltraumspiegeln zum Einsatz. Die Oberflächen bestehen dabei in der Regel aus Nickel-Phosphor (NiP) und werden mit einem ultrapräzisen Diamant-Werkzeug auf einer Drehmaschine mit einer Oberflächentextur (Rauheit) im Bereich von 5 nm hergestellt (zum Vergleich der Durchmesser eines feinen Haares: 40.000 nm). Für die Entwicklung leistungsfähiger optischer Metallspiegel wird jedoch eine Verbesserung der Oberflächenglätte auf unter 1 nm benötigt. Die etablierte Ionenstrahlplanarisierung ist dazu zwar grundsätzlich geeignet, diese verbesserte Oberflächenglätte bei planen Werkstücken bis zu 100 mm Durchmesser zu erreichen. Bei größeren und komplexen Oberflächen sind die etablierten Verfahren jedoch zu langsam und ungenau.
Ziel des KMU-innovativ Projektes IONENPLAN ist die Entwicklung einer Fertigungsanlage für die mechanisch-chemische Politur durch eine verbesserte, innovative Ionenstrahlplanarisierung. Dabei soll eine Oberflächenglätte unter 1 nm auch bei größeren, nicht-planen Metalloberflächen bis zu einem Durchmesser von 200 mm ermöglicht werden.
Die Innovation des Lösungsansatzes ergibt sich aus der Kombination einer neuen Kunststoff-beschichtung zur Oberflächen-Vorbehandlung und der Einstellung des Planierungs-materials durch Variation des benötigten Ionengas-Gemisches. Der Ionenstrahl wird dabei aus einer zu entwickelnden Gasmischung („Reaktivgas“) erzeugt und schabt so lange über die beschichteten Metallspiegel, bis der Kunststoff komplett entfernt und eine sehr glatte Metalloberfläche entstanden ist. Im Rahmen des Projektes sollen alle prozessrelevanten Parameter, einschließlich der möglichen Kunststoffmaterialien und Gasgemische, im industriellen Maßstab erforscht und in einer Demonstratoranlage erprobt werden.
In den nächsten Jahren wird ein Technologiesprung in der Halbleiterindustrie zur Fertigung elektronischer Chips mit EUV (extrem ultravioletter)-Strahlung erwartet mit einem erheblichen Bedarf an Metalloptiken und den Anlagen zu ihrer Herstellung. Durch die Entwicklung der innovativen Ionenstrahlplanarisierungsanlage ergeben sich hierbei hervorragende Marktperspektiven. Zudem ist beispielsweise in den Sparten Lasertechnik, Röntgen-Teleskope und Weltraumspiegel ein steigender Bedarf zu erwarten. Durch den modularen Aufbau des Verfahrens aus Kunststoff-Beschichtung und Ionenstrahl-Anlage besteht zudem die Möglichkeit, die einzelnen Verfahrensschritte auf weitere Anwendungen, beispielsweise in der Medizintechnik, zu adaptieren.

Laufzeit: 05/2020-10/2022
Fördermittel: 232.798,72 Euro
Fördermaßnahme: KMU-innovativ: Produktionsforschung (ab 2016)
Projektpartner: NTG Neue Technologien GmbH & Co. KG

Kontakt:
Dr. Frank Frost
Ultra-Präzisionsoberflächen / Ionenstrahlgestützte Strukturierung und Glättung
Tel.: +49 (0)341 235-3309
E-Mail: frank.frost(a)iom-leipzig.de

Der Einsatz optischer Freiformflächen, also von Optiken ohne rotationssymmetrische Oberflächen, hat in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen, da mit dieser Technologie optische Baugruppen wesentlich kompakter und leichter aufgebaut werden können. Die flexible und effiziente Fertigung der hochpräzisen Freiformoptiken stellt jedoch eine große Herausforderung dar. Die Herstellung erfolgt derzeit in hochkomplexen, Fehler-anfälligen, kosten- und zeitintensiven Bearbeitungsverfahren. In einer Studie konnten das Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. und die Ernst-Abbe-Hochschule Jena zeigen, dass sich Ultraschall-Schleifprozesse, kombiniert mit einem Ultrafeinstschleifprozess und einer anschließenden Plasmajetpolitur sehr gut zur Herstellung von Freiformoptiken eignen und über ein hohes technisches und wirtschaftliches Potenzial verfügen. Die angestrebte innovative Verfahrenskombination eröffnet einen neuen Weg, präzise Freiformoptiken für abbildende Systeme im infrarot, sichtbaren und UV-Bereich mit herausragenden Eigenschaften wie exzellenter Mikrorauheit und hoher Laserzerstörfestigkeit sowohl flexibel als auch in großen Stückzahlen auf effiziente Weise zu fertigen. Bei erfolgreicher Validierung ist die Verwertung über Kooperationen mit Unternehmen und die Vergabe von Lizenzen geplant.

Laufzeit: 04/2021-09/2023
Fördermittel: 810.000 Euro
Fördermaßnahme: VIP+ Programm des BMBF (ProFreiform, Förderkennzeichen 03VP08632)
Projektpartner: Ernst-Abbe-Hochschule Jena

Kontakt:
Prof. Dr. Thomas Arnold
Leiter Ultra-Präzisionsoberflächen / Ionenstrahl- und plasmajetgestützte Ultrapräzisionsformgebung
Tel.: +49 (0)341 235-3120
E-Mail: thomas.arnold(a)iom-leipzig.de

Ultrafiltrationsmembranen haben sich bei der Abwasserreinigung als sehr effektiv erwiesen. Die nanometergroßen Poren werden durch die Verwendung von Imprägniermitteln wie Glycerin, Natriumazid oder Wasser-Alkohol-Gemischen sorgfältig stabilisiert und konserviert. Ohne diese Imprägniermittel sind die Membranen anfällig für ein schnelles Austrocknen bei Lagerung, Transport oder unsachgemäßer Handhabung. Das Austrocknen führt zum Kollaps der Poren und damit zu einem erheblichen Verlust der Membranleistung, insbesondere der Permeationskapazität.
Gemeinsam mit dem Partner qCoat GmbH wird in diesem Projekt eine neuartige multifunktionale Membranbeschichtung entwickelt, die den Einsatz von zusätzlichen und zum Teil toxischen Imprägniermitteln vollständig überflüssig macht. Durch die Modifizierung der Membranporen mit einer dünnen Stabilisierungsschicht wird das Kollabieren der Poren verhindert. Mit Hilfe der Elektronenstrahltechnologie können diese Stabilisierungsschichten in einem Schritt und ohne zusätzliche Chemikalien kovalent an die poröse Oberfläche im Inneren der Membran gebunden werden. Darüber hinaus soll die Stabilisierungsschicht eine Doppelfunktion erfüllen, indem sie synergistisch als Antifouling-Beschichtung wirkt.

Laufzeit: 11/2023-10/2025
Fördersumme: 207,366.23 Euro
Projektträger: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), KMU-innovativ: Materialforschung
Projektpartner: qCoat GmbH

Kontakt:
Dr. Kristina Fischer
Gruppenleiterin
Forschungsbereich Oberflächen poröser Membranfilter / Innovative Membranmaterialien
Tel.: +49 (0)341 235-2231
E-Mail: kristina.fischer(a)iom-leipzig.de

Für alle Satellitenklassen werden elektrische Antriebssysteme immer wichtiger, da sie wesentlich weniger Kraftstoff benötigen als chemische Alternativen, wodurch eine Vielzahl von Missionen  interplanetarer und interstellarer Flüge (DeepSpace, BepiColombo, LISA, Euklid usw.) und komplexe Satellitenkonstellationen oder -formationen (OneWeb, Starlink, Kuiper, UN:IO etc.) durchführbar werden. Parallel dazu gewinnen Kleinsatelliten, insbesondere Mikro- und Nanosatelliten, zunehmend an Bedeutung und ihre Nachfrage wächst rasant. Im Rahmen des Verbundvorhabens IonJet-Evo beabsichtigen das Leibniz-Institut für Oberflächenmodizierung e.V. (IOM) und die Aerospace Innovation GmbH (AI) ein Engineering Qualification Model (EQM) eines kostengünstigen, kompakten und leistungsfähigen Ionenantriebssystems bestehend aus einem Koaxialtriebwerk in Verbindung mit den  weltraumerprobten Komponenten des modularen Antriebssystems MICROJET zu entwickeln und unter anwendungsnahen Bedingungen im Teststand zu untersuchen. Das Anschlussvorhaben IonJet-Evo setzt die sehr vielversprechenden Technologieentwicklungsarbeiten des Ausgangsvorhabens IonJet fort, in dem ein erstes Testmodell eines Gitterionenantriebssystems entwickelt und unter Laborbedingungen erprobt wurde. Im Anschlussvorhaben soll nun u.a. eine signifikante Miniaturisierung des Antriebssystems, kompatibel zu den Cubesat-Spezifikationen des 6U-16U-Formats erfolgen sowie das Antriebssystem Umwelttests unterzogen und damit qualifiziert werden.

Laufzeit: 2022 – 2024
Fördermittel: 524.738,14 Euro (Anteil des IOM)
Projektträger: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Kontakt:
Dr. Daniel Spemann
Leiter Querschnittseinheit Werkzeuge
Tel.: +49 (0)341 235-2681
E-Mail: daniel.spemann(a)iom-leipzig.de

Gittererosion ist ein entscheidender Faktor der Limitierung der Lebensdauer von gitterbasierten Ionentriebwerken. Sie wird maßgeblich durch Ladungsaustauschreaktionen zwischen Ionen und Neutralteilchen des verwendeten Betriebsgases (dem Treibstoff) verursacht, bei denen langsame Ionen entstehen, die der ionenoptischen Auslegung des Extraktionsgittersystems nicht folgen und durch ihren Zusammenstoß mit Gitterflächen insbesondere die Oberfläche des Beschleunigungsgitters zerstäuben können. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden Neutralgasdichten von Xenon und Krypton sowie die Dichten erodierter Spezies erstmals im Zwischengitterbereich im sowie unmittelbaren Nahfeld eines Gitterionentriebwerks experimentell quantitativ bestimmt, wobei Ladungsaustauschprozesse in diesem Bereich als dominierend angesehen werden können. Neben Ionenantrieben sind die Erkenntnisse auch für die numerische Modellierung von Ionenquellen für terrestrische Anwendungen von Bedeutung.

Laufzeit: 2021 – 2024
Fördermittel: 321.659,27 Euro
Projektträger: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Kontakt:
Dr. Christoph Eichhorn
Forschungsbereich Werkzeuge / Entwicklung diagnostischer Werkzeuge und Methoden
Tel.: 49 (0)341 235-4020
E-Mail: christoph.eichhorn(a)iom-leipzig.de

Ziel des Vorhabens ist der Aufbau einer hochmodernen Instrumentierung zum Test und zur Qualifizierung von elektrischen Raumfahrtantrieben (Electric Propulsion, EP), um den sich schnell entwickelnden Anforderungen der Raumfahrtindustrie im EP-Bereich gerecht zu werden, Vergleichbarkeit zwischen EP-Systemen herzustellen und den sicheren Betrieb von EP-Systemen im Weltraum zu gewährleisten. Dabei ist die Übertragbarkeit der auf der Erde in Testanlagen ermittelten Leistungs- und Betriebsparameter von EP-Systemen auf den Betrieb unter realen Bedingungen im Weltraum von entscheidender Bedeutung. Das Verbundprojekt verfolgt das Ziel, Methoden zu entwickeln und Strukturen aufzubauen, um solche Standards auf nationaler Ebene zu etablieren. Dazu werden im Rahmen des Projektes zwei Referenzdiagnostika für die Treibstrahlanalyse entwickelt und mit einer Referenzionenquelle verglichen. Die experimentelle Validierung der entwickelten Ionenquelle sowie der Diagnostika erfolgt an verschiedenen Weltraumsimulationsanlagen in Form eines Ringvergleichs.
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Laufzeit: 11/2023 – 04/2025
Fördermittel: 667.925,00 Euro
Projektträger: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Projektpartner: Justus-Liebig-Universität (JLU), Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Technische Hochschule Mittelhessen

Teilvorhaben IOM: Entwicklung und Charakterisierung einer Referenz-Gitterionenquelle für Strahldiagnostiken
Fördermittel: 187.133 Euro

Kontakt:
Dr. Daniel Spemann
Leiter Querschnittseinheit Werkzeuge
Tel.: 49 (0)341 235-2681
E-Mail: daniel.spemann(at)iom-leipzig.de

Flexible Gasbarrierefolien schützen empfindliche Güter vor der Zersetzung durch Umwelteinflüsse (z.B. Sauerstoff oder Wasserdampf) und verlängern deren Lebensdauer erheblich. Damit leisten sie einen Beitrag zum nachhaltigen Wirtschaften im Sinne langer Produktlebenszyklen und reduzierter Abfallmengen. Vor allem die Verkapselung empfindlicher optoelektronischer Komponenten, wie z. B. leichter und flexibler Photovoltaikmodule, erfordert geringste Sauerstoff- und Wasserdampfdurchlässigkeit bei gleichzeitiger Flexibilität und Transparenz.

In einem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Projekt entwickeln Forschende des Forschungsbereiches Barriere- und Präzisionsschichten am IOM gemeinsam mit der Firma Innovative Oberflächentechnologien GmbH (IOT) Technologien zur Veredelung von recycelten Polyesterfolien. Mit Hilfe von ultraviolettem Licht werden Moleküle in feste Beschichtungen umgewandelt, die den Substraten eine verbesserte Gasbarrierewirkung verleihen. Demonstratoren für Barrierefolien auf Basis von rPET werden für verschiedene Anwendungsfelder hergestellt und anwenderseitig evaluiert.

Laufzeit: 01.01.2024 – 31.12.2025
Fördersumme: 245.814,00 Euro
Projektträger: Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
Kooperationspartner: Innovative Oberflächentechnologien GmbH (IOT)

Kontakt:
Dr. Patrick With
Forschungsbereich Barriere- und Präzisionsschichten / Photochemisch initiierte Beschichtungsverfahren
Tel.: +49 (0)341 235-2850
E-Mail: patrick.with(a)iom-leipzig.de

Dr. Ulrike Helmstedt
Leitung des Forschungsbereiches Barriere- und Präzisionsschichten
Tel.: +49 (0)341 235-3240
E-Mail: ulrike.helmstedt(a)iom-leipzig.de

Die globale Raumfahrtgemeinschaft interessiert sich immer mehr für planetare Erkundungen von Mond und Mars, für die Vermeidung erdnaher Asteroiden, für Rohstoffgewinnung sowie für Wartungsmissionen im Orbit. Im Vorhaben CHEOPS-VHP-BB entwickelt ein internationales Konsortium bestehend aus sieben Partnern – führenden Vertretern der Raumfahrtindustrie, Forschungszentren, Universitäten und KMU – innovative Technologien, um zukünftige Mars-, Mond- und erdnahe Asteroidenvermeidungsmissionen zu ermöglichen. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, dafür zukünftige Antriebssysteme und Simulationswerkzeuge zu entwerfen, zu entwickeln und zu qualifizieren und ergänzt damit laufende Entwicklungsaktivitäten um Forschung und Entwicklung zum zukünftigen Einsatz sehr leistungsstarker Halltriebwerk-Systeme. Das Projekt verfolgt dabei einen robusten und kostengünstigen Ansatz zur Qualifizierung, der Herstellung von Verschleiß unterliegenden Schlüsselkomponenten und zur Möglichkeit, alternative Treibmittel und Energiequellen zu nutzen. Der in diesem Projekt vorgesehene kostengünstige Ansatz zur Qualifizierung erfordert die Modellierung von die Lebensdauer begrenzenden Verschleißprozessen für ausgewählte Triebwerkskomponenten. Um den Verschleiß mit dem Betrieb des Triebwerks zu korrelieren, ist eine umfassende Charakterisierung der Triebwerke in Bodentests erforderlich. Für diese Aufgabe wird die am IOM in zwei früheren ESA-Projekten entwickelte Advanced Electric Propulsion Diagnostic Plattform eingesetzt. Dazu müssen zunächst Strahldiagnosewerkzeuge an die hohe thermische Belastung angepasst werden, die bei Strahlexposition durch diese sehr leistungsstarken Halltriebwerke auftritt.

Link: www.cheops-vhp-bb.eu

Laufzeit: 2023 – 2025
Fördermittel (gesamt): 1.499.853,00 Euro
Fördermittel (IOM): 142.333,75 Euro
Förderprogramm: HORIZON-CL4-2022-SPACE-01
Koordination: Safran Spacecraft Propulsion, Frankreich

Kooperationspartner: 7

Kontakt:
Dr. Daniel Spemann
Querschnittseinheit Werkzeuge
Tel.: +49 (0)341 235-2681
E-Mail: daniel.spemann(a)iom-leipzig.de

Die Halbleiterforschung und -entwicklung ist fortlaufend bemüht, die derzeitigen, hochmodernen Technologien zur Herstellung von Mikrochips zu verbessern, um dem exponentiell steigenden Bedarf an mehr Rechenleistung gerecht zu werden. Zur Erhöhung der Anzahl der Transistoren pro Chip entwickelt das EU-finanzierte Projekt IT2 die Extrem-Ultraviolett-Lithografie der nächsten Generation und erforscht neuartige 3D-Strukturen. Vergleichbar wäre dies mit dem Bau einer Wohnanlage anstelle eines Einfamilienhauses auf ein und demselben Grundstück. Das Projekt wird damit die Chips der Zukunft ermöglichen, welche ein zentrales Element der künstlichen Intelligenz, Big Data, mobilen/5G-Kommunikation und anderer Komponenten der Digitalisierung Europas bilden werden. Auf diese Weise generiert das Projekt Wissen und Infrastruktur, um der europäischen Halbleiterindustrie eine weltweite Führungsposition im Bereich der 2 nm - CMOS-Technologie zu verschaffen, und unterstützt Europa dabei, eine souveräne Position in der Wertschöpfungskette der Elektronik zu erlangen.

Link: https://cordis.europa.eu/project/id/875999
https://www.elektronikforschung.de/projekte/it2

Laufzeit: 2020 – 2023 
H2020 Projektsumme (gesamt): 91.638.509,26 Euro
H2020 Projektsumme IOM: 990.562,50 Euro
Förderprogramm: H2020-EU.2.1.1.7. - ECSEL
Koordination: ASML NETHERLANDS B.V.

Kooperationspartner: 31

Kontakt IOM:
Dr. Frank Frost
Forschungsbereich Ultra-Präzisionsoberflächen / Ionenstrahlgestützte Strukturierung und Glättung
Tel.: 49 (0)341 235-3309
E-Mail: frank.frost(at)iom-leipzig.de

Dieses Projekt wird finanziert vom ECSEL (Electronic Components and Systems for European Leadership) Joint Undertaking (JU), im Rahmen der Zuschussvereinbarung Nr. 875999. Das JU erhält Unterstützung durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union sowie durch die Niederlande, Belgien, Deutschland, Frankreich, Österreich, Ungarn, das Vereinigte Königreich, Rumänien und Israel.