Sol-Gel-Abscheidung

Verfahren und Anwendungen

Der Sol-Gel-Prozess ist ein Verfahren zur Herstellung verschiedener Materialien aus kolloidalen Dispersionen, den sogenannten Solen (abgeleitet vom englischen „Solution“). Im Prozess entsteht ein dreidimensionales, hochviskoses Netzwerk, in dem das Lösungsmittel eingeschlossen ist – dieser Zustand ist das sogenanntes Gel. Das Gel wird dann z. B. per Tauchbeschichtung oder Aufsprühen auf ein Substrat als Schicht aufgebracht. Die Schichtdicke kann mittels Einstellung der Viskosität des Sols verändert werden. Durch eine anschließende Temperaturbehandlung im Ofen kristallisieren die gewünschten kristallinen Phasen in der Schicht. Wegen der geringen Größe der zunächst erzeugten Solpartikel im Nanometerbereich lässt sich der Sol-Gel-Prozess als Teil der chemischen Nanotechnologie verstehen.



Besonderheiten

Der Sol-Gel-Prozess ist ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln und Beschichtungen im Nanometerbereich aus nichtmetallischen anorganischen oder hybridpolymeren Materialien. Durch die Variation der Ausgangsstoffe kann die Stöchiometrie in den Schichten leicht variiert werden. Die Bildung konkreter kristalliner Phasen hängt allerdings stark von der nachfolgenden Temperaturbehandlung ab.

Vorhandener Aufbau

Sol-Gel-Tauchbeschichtung

Es existieren Erfahrungen für verschiedene Beschichtungsmethoden für die Sol-Gel-Abscheidung: Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, Rotationsbeschichtung. Für die Schichtcharakterisierung existiert ein breites Methodenspektrum: Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Konfokalmikroskopie, Röntgenbeugung, etc. Die Temperaturbehandlung kann auch in situ, d. h. gleichzeitig zur Untersuchung per Röntgenbeugung erfolgen.

  • Materialien: SrTiO3, LiNbO3, TiO2, BaTiO3 etc.
  • Substrate: Glas, Silizium, Stahl, Aluminium etc.
  • Schichtdicken: 10 nm bis 1 µm
  • Temperaturbehandlung: bis 1200 °C unter Luft, Sauerstoffatmosphäre oder Vakuum