Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

86 — Forschung Professur für Oberflächen- und Grenzflächentechnologien Prof. Dr.-Ing. Frank A. Müller Forschungsschwerpunkte  Verwendung von CO 2 - und Ultrakurzpulslasern zur Herstellung von Oberflächen- und Volumenstruk- turen mit spezifischen funktionellen Eigenschaften für Anwendungen in der Optik, Energietechnik und als Biomaterial.  Gasphasen-Kondensation funktioneller keramischer Nanopartikel (NP) mittels CO 2 - Laservaporisation (LAVA): ZrO 2 /Al 2 O 3 -NP für biokompatible Dispersionskeramiken mit herausragen- den mechanischen Eigenschaften, ferri- und supermagnetische Eisenoxid-NP bzw. Eisenoxid-NP in einer amorphen Siliziumdioxid-Matrix als MRT-Kontrastmittel, für Hyperthermie und Drug-Targeting, dotierte NP als Fluoreszenzmarker für das Bioimaging und Basis aktiver Lasermedien, NP kerami- scher Halbleiter (z.B. ZnO, TiO 2 ) für die Umwelt- und Energietechnik.  Bioinspirierte Materialien (Biomineralisation, biomimetische Oberflächen, Strukturhybride), Selbst- heilung von Calciumphosphatzementen.  Photolumineszenzspektroskopie, photoakustische Messtechnik und Untersuchungen zur photokata- lytischen Aktivität von Halbleiter-NP. Ultrakurzpulslaser bieten ein flexibles und vielsei- tiges Werkzeug zur präzisen Herstellung von Mik- ro- und Nanostrukturen auf Materialoberflächen. Der Fokus der Untersuchungen liegt hierbei auf laser-induzierten periodischen Oberflächenstruk- turen („laser-induced periodic surface struc- tures“; kurz: LIPSS), die in Folge der Bestrahlung verschiedenster Materialien (Metalle, Halbleiter, Dielektrika) mit extrem kurzen und intensiven Impulsen erzeugt werden können. Der grundle- gende Mechanismus liegt in der selektiven Abla- tion der Oberfläche, die aus der Interferenz der einfallenden Laserstrahlung mit elektromagneti- schen Oberflächenwellen resultiert. Die so er- zeugten LIPSS zeichnen sich durch Strukturgrö- ßen unterhalb der Wellenlänge der einfallenden Laserstrahlung aus und lassen sich in ihren spe- zifischen Eigenschaften über die Strahlungs- und Prozessparameter definiert beeinflussen. Die Ausrichtung der LIPSS wird durch die Polarisati- onsrichtung vorgegeben, weshalb ein wesentli- cher Schwerpunkt der Untersuchungen in der de- finierten Steuerung des Polarisationszustandes während des Strukturierungsprozesses liegt. Ziel der Untersuchungen ist es, den Entstehungspro- zess der Strukturen sowie die resultierenden Ei- genschaften definiert zu steuern, um maßge- schneiderte funktionelle Oberflächen herzustel- len. Die funktionellen Eigenschaften sind dabei Herstellung funktioneller Materialoberflächen durch Laserstrukturierung vielfältig und reichen vom spezifischen Absorpti- ons- bzw. Reflexionsverhalten der Oberfläche über deren definiert einstellbare Benetzbarkeit mit verschiedenen Flüssigkeiten bis hin zu Bio- materialoberflächen, auf denen sich die Adhäsi- on und Orientierung menschlicher Zellen gezielt steuern lässt. Müller F.A., Kunz C., Gräf S (2016): Bio-Inspired Functional Surfaces Based on Laser-Induced Periodic Surface Structures. Materials, DOI: 10.3390/ma9060476. Gräf S., Kunz C., Müller F.A. (2017): Formation and Properties of Laser-Induced Periodic Surface Structures on Different Glasses. Materials, DOI: 10.3390/ma10080933. Abb. 1. LIPSS auf polierten Edelstahlsubstraten (Periode   900 nm).