Lacke und Hochbarriereverbunde mit Simulationsmodellen gezielt optimieren
Mit neuen analytischen und numerischen Modellen des Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV können Lacke und Hochbarriereverbunde gezielt konzipiert werden. Die Wirkung abwechselnder anorganischer und organischer Schichten auf die Permeation kann so berechnet werden.
Bei den Verbunden findet die Permeation durch die anorganischen Schichten hauptsächlich in Defekten statt, die produktionsbedingt auftreten und nicht vollständig zu vermeiden sind. Eine geringe Dicke der Lackschicht zwischen zwei anorganischen Schichten mit Defekten führt zu einer niedrigen stationären Durchlässigkeit. Weist die Lackschicht dagegen eine hohe Dicke und einen hohen Löslichkeitskoeffizienten auf, ist die Zeit, die ein Stoff für die Permeation durch den Verbund benötigt, besonders lang. Sie kann mehrere Monate, in bestimmten Fällen aber auch mehrere Jahre betragen.
Lacke werden in Hochbarriereverbunden für technische Anwendungen wie Vakuumisolationspaneele (VIPs), organische Photovoltaik (OPV) und organische Leuchtdioden (OLED) eingesetzt. Bei den Verbunden handelt es sich häufig um alternierende Schichten aus anorganischen (z.B. SiOx, Al, AlOx) Schichten und organischen Lack-Schichten. Die Lackschichten sollen die Oberflächen der anorganischen Schichten planarisieren und Defekte verschließen. Dr. Oliver Miesbauer hat mit seiner Dissertationsschrift „Analytische und numerische Berechnungen zur Barrierewirkung von Mehrschichtstrukturen“ wichtige theoretische Grundlagen und Erkenntnisse für die Herstellung von Hochbarriereverbunden erarbeitet. Die Ergebnisse der Arbeit flossen in die Entwicklung von Hochbarriereverbunden im Rahmen der Fraunhofer-Allianz Polymere Oberflächen POLO ein und stehen auch zukünftig Partnern des Fraunhofer IVV für gemeinsame Projekte zur Verfügung.
Simulationsergebnis für die Permeation durch eine Polymerschicht, die beidseitig von anorganischen Schichten mit Defekten eingeschlossen wird. Bild: Oliver Miesbauer, Fraunhofer IVV.