Selektive Herstellung multifunktionaler Oberflächen mittels laser-induzierter periodischer Oberflächenstrukturen (LIPSS)

Die vorliegende Arbeit zeigt einen laserbasierten Ansatz auf, bei dem laser-induzierte periodische Oberflächenstrukturen (LIPSS) gezielt auf der Materialoberfläche erzeugt werden, um multifunktionale Oberflächeneigenschaften zu erzielen. Hierbei werden zwei Strategien vorgestellt, wie die Selektivität erreicht werden kann. In der ersten vorgestellten Prozessstrategie werden Glasoberflächen selektiv in definierten Bereichen, je nach Scanprozess des Laserstrahls, durch eine sehr feine LIPSS-Nanostruktur strukturiert. Ebenso wird durch einen Scanprozess eine multiskalige Oberfläche hergestellt, die sich durch eine 15 m äquidistante große und 5 m tiefe Mikrostruktur, überlagert von LIPSS-artigen Nanostrukturen, präsentiert. Beide Oberflächen zeichnen sich durch ein besonderes Benetzungsverhalten aus und es können mit einer zusätzlichen chemischen Silanisierung Kontaktwinkel zwischen 0° und 150° erreicht werden. Ebenfalls besitzen die Gläser nach der Laserbearbeitung einen hohen Grad an Transparenz sowie Antireflexionseigenschaften. Die zweite Prozessstrategie bezieht sich auf die selektive LIPSS-Bildung auf einer Komponente eines Komposits. Es werden ein Metall-Keramik-Komposit und ein Metall-Halbleiter-Komposit vorgestellt. Im Falle des Metall-Keramik-Komposits wird nur die Metallphase mit LIPSS strukturiert. Die so selektiv bearbeitete Kompositoberfläche zeichnet sich sowohl durch eine Reduzierung des Benetzungsverhaltens um einen Faktor ~ 1,9 von 62° auf 32° sowie durch eine Reduzierung des Reibungskoeffizienten um einen Faktor ~3 aus. Im Falle des Metall-Halbleiter-Komposits wurde die Halbleiterphase mit LIPSS selektiv strukturiert. Die Kompositoberfläche zeichnet sich durch ein spezielles Benetzungsverhalten mit einer Verzerrung der Tropfenkontur aus. Diese wurde über globale und lokale Kontaktwinkelanalysen im Detail untersucht.