Für Autofahrer ist es ein lästiges Winterübel: beschlagene oder gefrorene Scheiben. Forscher haben nun aber ein Verfahren entwickelt, mit dem sie nicht nur transparente und heizbare Schichten herstellen können. Obendrein verhindern diese das Kondensieren von Feuchtigkeit. So bleibt die Scheibe morgens eisfrei – und der Eiskratzer hat ausgedient.
Der Winter ist voller Unannehmlichkeiten für Autofahrer: Es ist kalt, das Fahren auf glatten Straßen ist kein Vergnügen. Hinzu kommen die schlechte Sicht, wenn Scheiben beschlagen und das lästige Freikratzen, wenn sie gefrieren. Auch für Besitzer von Gewächshäusern ist der Winter eine heikle Angelegenheit. Je mehr Feuchtigkeit im Inneren kondensiert, desto gefährlicher wird es für die Pflanzen, wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt sinken.
Feuchtigkeit darf nicht auf die Scheibe
Zwar können Heizungen in vielen Fällen das Übel beseitigen, doch besser und vor allem energiesparender wäre es, das Übel gar nicht erst entstehen zu lassen. Sprich: Feuchtigkeit darf nicht an der Scheibe kondensieren. Das würde viel Verdruss ersparen – und der Autobesitzer müsste keine wertvolle Zeit beim Eiskratzen verschwenden.
Forscher am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig haben das Problem jetzt gelöst: Sie haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie nicht nur transparente, leitfähige – und somit heizbare – Schichten herstellen können. Ihre Oberflächenschichten bringen einen weiteren entscheidenden Vorteil mit: Die Außenschicht ist niedrig emittierend. Sie sorgt also dafür, dass die Scheibe viel langsamer abkühlt. So kann sich kein Kondenswasser bilden. Die Scheibe bleibt trocken und eisfrei.
Schicht hält 900 Grad Celsius aus
Bisher nutzte man schon ähnliche Schichten, die aus Zinnoxid bestehen. Diese sind jedoch sowohl mechanisch als auch optisch noch unvollkommen. So können bei zu hohen Temperaturbelastungen, wie beispielsweise beim Glasbiegen, Risse entstehen. Daher kommen Zinnoxid-Schichten nur begrenzt industriell zum Einsatz.
„Unsere neue Schicht ist extrem stabil“, sagt Bernd Szyszka vom IST. „Temperaturen bis 900 Grad Celsius sind kein Problem, und selbst wenn man sie stark verbiegt – die Schicht bleibt wie sie ist.“ Die Beschichtung kann deshalb auch in großindustriellen Anlagen verwendet werden. Dort benötigt man häufig transparente Schutzheizungen, um die Prozesskette ungefährdet im Auge behalten zu können.
Indiumzinnoxid ist der „Schlüssel“
Was also kann die neue Schicht, was Zinnoxid nicht kann? „Unser Beschichtungssystem basiert auf nanokristallinem Indiumzinnoxid (ITO)“, sagt Szyzska. „Dieser Werkstoff hat nicht nur hervorragende optische und elektrische Eigenschaften, er ist zudem mechanisch und chemisch viel stabiler als Zinnoxid.“ Zwar weiß man schon länger von den Vorteilen der ITO-Beschichtung, doch erst jetzt können dank der Fraunhofer-Ingenieure solche Schichtsysteme industriell für eine viel größere Anwendungspalette hergestellt werden.
Dazu nutzen die Forscher die HIPIMS-Technologie. Die Abkürzung steht für „High Power Impulse Magnetron Sputtering“. Beim Magnetronsputtern schießen beschleunigte Edelgasionen wie beim Billard Atome aus einer ITO-Platte heraus. Diese lagern sich im Vakuum auf dem gewünschten Substrat ab. „Doch statt zehn Ampere setzen wir beim HIPIMS 1.000 Ampere ein“, erklärt Szyzska. „Dadurch ionisieren wir das Material, die Schicht wird also aus Ionen aufgebaut.“
Maßgeschneiderte Eigenschaften
Das verschafft den Ingenieuren einen wesentlichen Vorteil: Je nach Puls- und Leistungsbedingungen beim Sputtern können die Ingenieure die Textur und die Morphologie der Schicht so einstellen, dass diese anschließend bei einem Temperprozess die gewünschten Eigenschaften erhält. „Wir können die Schicht anschließend biegen und auch dreidimensionale Werkstoffe damit beschichten“, sagt der Forscher. Zudem kann der HIPIMS-Prozess bei Raumtemperatur ablaufen, so dass sich auch temperaturempfindliche Kunststoffe beschichten lassen.
Einen Prototypen stellen die IST-Forscher auf der Messe „Glasstec“ vom 28. September bis 1. Oktober in Düsseldorf vor: Eine ITO-Schicht auf einem Glasrohr demonstriert die hervorragenden Eigenschaften. Nicht nur, dass die Schicht leicht beheizbar ist – ganz ohne störende Drähte, wie man sie von Rückscheiben kennt. Auch die gute Transparenz lässt sich sehen: Die Schicht hat eine visuelle Transmission von mehr als 80 Prozent. Zudem ist die Beschichtung korrosions- und kratzfest.
(idw – Fraunhofer-Gesellschaft, 01.09.2010 – DLO)
