Alle Wege führen nach Zeulenroda

Funktionale Oberflächen finden sich schon auf Jahrtausende alten römischen Stadttoren. Was den alten Römern seinerzeit unabsichtlich passierte, verfolgen die innovativen Thüringer heute mit Strategie und vielen neuen Ideen. Mehr als 140 Teilnehmer hatten sich auf den Weg nach Zeulenroda gemacht. Dort erfuhren sie auf den 9. Thementagen Grenz- und Oberflächentechnik (ThGOT)von den Ergebnissen des Wachstumskerns J-1013 und einem Werkzeugkasten der besonderen Art.

Das hätte sich Marc Aurel nicht gedacht. Eigentlich ließ der römische Kaiser die Castra Regina nur aus einem einzigen Grund errichten: Das im Jahr 178 n. Chr. fertiggestellte Legionslager sollte dem drohenden Ansturm der Germanen standhalten. Knapp zwei Jahrtausende später finden sich Marc Aurel und seine Bauwerke im thüringischen Zeulenroda wieder – im Vortrag von Rainer Drewello von der Universität Bamberg.

Mithilfe derartiger Freistrahlplasmen können dünne Schichten unter Normaldruck auf praktisch beliebige Oberflächen aufgebracht werden (Bild: INNOVENT e.V.).
Mithilfe derartiger Freistrahlplasmen können dünne Schichten unter Normaldruck auf praktisch beliebige Oberflächen aufgebracht werden
Bild: INNOVENT e.V..
Als Professor für Restaurierungswissenschaft in der Baudenkmalpflege interessiert sich Drewello aber nicht für die militärische Funktion des heutigen Regensburg, sondern in erster Linie für das Material des Haupttores, der Porta Praetoria. Im Zuge der Restaurierung entdeckte Drewello unter einer dicken schwarzen Kruste exzellent erhaltenen Kalkstein. „Wir standen vor einem Rätsel“, erzählte er den mehr als 100 Zuhörern auf den 9. ThGOT. „Warum ist diese Oberfläche so gut erhalten? Ist sie irgendwie behandelt worden?“ Die Lösung: Durch Erosion erhielt der unbehandelte Kalkstein eine natürliche Patina aus Kalziumkarbonat sowie einem Salz der Oxalsäure– und wurde so perfekt konserviert.

Zwischen dieser ersten, unbewussten Oberflächenfunktionalisierung und den 9. ThGOT in Zeulenroda-Triebes liegen knapp 2.000 Jahre und die Entstehung einer Hightech-Branche: Oberflächenbeschichtungen verleihen Materialien und Produkten heute völlig neue Eigenschaften. Besonders viele Vorteile bieten dabei Verfahren, die unter dem Atmosphärendruck von 1013 Millibar ablaufen. Im Jenaer Wachstumskern J-1013 haben 14 Partner in den vergangenen drei Jahren gemeinsam neuartige Beschichtungsverfahren entwickelt – und in Ostthüringen ein Zentrum der Oberflächentechnik entstehen lassen.

Die Basis dafür bilden das nasschemische Sol-Gel-Verfahren und das plasma- sowie das flammengestützte Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung, also der Beschichtung mit festen Teilchen, die sich aus Gasen bilden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen wird auf das Trägermaterial zunächst eine Zwischenschicht aufgebracht – die dann mit einer beliebigen Funktionsschicht überzogen werden kann. Das hat für Anwender und künftige Kunden ganz konkrete Vorteile: „Im Rahmen von J-1013 haben wir eine spezielle Toolbox entwickelt“, sagt Dr. Arnd Schimanski, Direktor des INNOVENT e.V. in Jena. „Mit diesem Technologie-Werkzeugkasten können wir den Produktentwicklern für jedes Material das passende Beschichtungsverfahren anbieten. So können wir die Entwicklungszeiten für neue Produkte künftig um bis zu 50 Prozent reduzieren.“

Aufnahme einer mittels Freistrahlplasma beschichteten Bakteriencellulose (Bild: INNOVENT e.V.)
Aufnahme einer mittels Freistrahlplasma beschichteten Bakteriencellulose
Bild: INNOVENT e.V.
Mit dem innovativen Baukastensystem lassen sich fast alle Materialien funktionalisieren. So entstehen beim Wachstumskern-Partner j-fiber GmbH 125 Mikrometer dünne Glasfasersensoren. Für extreme Bedingungen, wie sie etwa in der Geothermie herrschen, brauchen die Fasern eine widerstandsfähige metallische Schutzschicht. Die J-1013-Technologie bietet nun erstmals die Möglichkeit, kilometerlange Glasfaserkabel mit Metall zu beschichten. „Die vielversprechendste Anwendung sind allerdings antimikrobielle Beschichtungen“, ist sich Schimanski sicher. Für Beschichtungen, die das Keimwachstum hemmen, interessieren sich Produzenten von Türklinken und Porzellan, von Textilien und Wundauflagen. Wegen der potenziell zellschädigenden Eigenschaften des bisher oft verwendeten Silbers setzen die Thüringer dabei mittlerweile auf Zink – ein Material, das schon die alte Römer als Messingbestandteil kannten und aus dem sie Gefäße und Münzen herstellten. So weit liegen Zeulenroda und das antike Rom also gar nicht auseinander.


Weitere Informationen zum Wachstumskern J-1013 finden Sie hier.