Nanokomposit Kostengünstige Glasbauteile für Mikrostrukturen

Karlsruher Forscher haben laut eigener Aussage ein Verfahren erfunden, mit dem sie Glasbauteile unkompliziert und kostengünstig strukturieren können. Ausgangsstoff ist ein Nanocomposite, das sich wie Kunststoff verarbeiten lässt: Das sogenannte Liquid Glass ist bei Raumtemperatur dickflüssig, lässt sich in jede beliebige Form bringen, unter Licht vorhärten und im Ofen ausbrennen.

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Karlsruher Institut für Technologie KIT

Glas ist ein Stoff mit herausragenden optischen Eigenschaften und bringt eine extreme Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitze und Säure mit. Dementsprechend ist Glas im Alltag allgegenwärtig. Wer den Werkstoff jedoch bisher für Bauteile verwenden wollte, die nur wenige Mikrometer messen, musste mit einem großen Aufwand und entsprechend hohen Kosten rechnen. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nun eine Verfahren entwickelt, mit dem sich Glasbauteile auch mit mikrometerfeinen Strukturen nach eigener Aussage unkompliziert und kostengünstig strukturieren lassen sollen.

Gestalterische Vorteile

„Mit Liquid Glass können wir alle denkbaren Formen realisieren, mehrere Bauteile übereinanderschichten und jedes Bauteil per Abguss vervielfältigen“, erklärt Dr. Bastian E. Rapp, der die Nachwuchsgruppe Neptun-Lab am KIT leitet. Ausgangsstoff des Verfahrens ist ein Nanocomposite, ein Gemisch aus pulverisiertem Glas und Kunststoff, das sich wie Kunststoff verarbeiten lässt. Es ist bei Raumtemperatur dickflüssig und lässt sich in jede beliebige Form bringen, unter Licht vorhärten und im Ofen ausbrennen.

Um Liquid Glass die gewünschte Form zu verleihen, fertigen die Karlsruher Forscher eine präzise Silikonmaske als Abguss des originalen Bauteils oder 3D-Drucks. Sie füllen das Glas-Kunststoff-Gemisch hinein und lassen es unter UV-Bestrahlung aushärten. Anschließend lässt sich die Silikonmaske entfernen, ohne, dass das Bauteil die angenommene Form verliert. Mehrere solcher Bauteile lassen sich nun zu komplexen Systemen zusammensetzen. In einem Brennofen brennt das Material zu reinem Glas aus und die einzelnen Teile verbinden sich fest miteinander.

Gleiche Eigenschaften wie herkömmliches Glas

Die so hergestellten Bauteile und Systeme besitzen die gleichen chemischen und physikalischen Eigenschaften wie Produkte aus herkömmlichem Glas, die gleiche Transparenz und eine ebenso glatte Oberfläche. Dabei lassen sich mit Liquid Glass auch komplexe Strukturen im Mikrometerbereich verwirklichen, wie geschlossene Aushöhlungen oder Kanäle. Das Verfahren ermöglicht, gläserne Mikrosysteme kostengünstig als Prototypen herzustellen, beispielsweise Mikrofluidikchips für derzeit 0,50 Euro pro Stück.

Um Glas derart fein zu strukturieren, waren bisher der Einsatz gefährlicher Chemikalien und die Nutzung eines Reinraums erforderlich, was mit großem Aufwand und entsprechend hohen Kosten verbunden ist.

KIT auf der Hannover Messe 2017

Auf der Hannover Messe 2017 vom 24. bis 28. April ist das KIT bei der Leitmesse „Research & Technology“ in Halle 2 am Stand B16. Dort erfahren Besucher von den Materialwissenschaftlern, was mit Liquid Glass alles möglich ist. Darüber hinaus ist das KIT in Halle 27 (Energy) am Stand H51 sowie auf weiteren Themenständen vertreten.

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