„Traut euch, euren Wunsch zu verwirklichen!“

Mit der Methode der schrägen Beschichtung wollen Kai Schlage und Mehdi Ramin Moayed funktionale dünne Schichten gezielt verbessern. Anwendungen finden sich unter anderem in der Optik und der Oberflächenvergütung sowie bei magnetischen Mikrosensoren. Im Spin-off-Programm von Helmholtz Enterprise arbeiten sie nun an der Ausgründung ihres Projekts.

Sie haben ein Verfahren entwickelt, um Spezialbeschichtungen exakter und gleichmäßiger aufzutragen. Was ist das Besondere daran?

Kai Schlage: Es geht in unserem Ausgründungsprojekt um zwei Punkte: Zum einen haben wir eine innovative Möglichkeit entwickelt, Objekte mit sehr dünnen Schichten homogen zu überziehen um deren Eigenschaften maßgeschneidert zu modifizieren. So wird beispielsweise aus einer transparenten Glaskugel mit einer nanometerdünnen Goldbeschichtung ein dreidimensionaler, halbtransparenter Spiegel und damit ein zentrales Bauelement für eine Hochpräzisionsmessapparatur.

Bei unserem zweiten Projektschwerpunkt ist es genau umgekehrt.  Hier beschichten wir planare Objekte unter beliebig flachem Winkel und können auf diese Weise die Oberflächeneigenschaften funktional variieren. Das betrifft etwa Farbe und Reflektivitätsvermögen von Oberflächen oder magnetische Eigenschaften in Sensoren. Beide Arten dieser innovativen, hochpräzisen Beschichtungsmethoden können viele Produkte verbessern.

Und das geht nicht, wenn man die Schichten konventionell senkrecht aufträgt?

Mehdi Ramin Moayed: Nein. Beide zuvor beschriebenen Anwendungen werden durch unsere 3D-Beschichtungsverfahren erst möglich. Nur so lassen sich etwa Magnetsensoren, wie sie in jedem Auto verbaut werden, flexibel und kostengünstig funktional einstellen, wobei man die Eigenschaften der magnetischen Schichten über den Beschichtungswinkel anpasst. Bei dreidimensionalen Objekten führt die senkrechte Beschichtung immer zu ungewollten Schichtdickenvariationen, die mit unserer Methode vermieden werden.

Es gibt doch aber schon funktionierende Magnetsensoren im Auto.

Kai Schlage: Natürlich. Sie bestehen aktuell meist aus sechs bis zehn dünnen Schichten und müssen für jede Anwendungsaufgabe komplett neu entwickelt werden. Mit einer neuen Schichtstruktur, neuen Materialien. Im Gegensatz dazu hat unser Ansatz der schrägen Beschichtung zwei Vorteile: Diese Sensoren lassen sich für unterschiedlichste Messaufgaben aus ein und derselben Schichtstruktur herstellen, wobei sich die Funktionalität über die einstellbaren Winkel für jede Anwendung maßschneidern lässt. So können wir diese Messsysteme flexibel anpassen und verbessern. Man kann zum Beispiel einen Sensor fürs Lenkrad genauer machen oder den Sensor fürs ABS kostengünstiger bauen. Das unterscheidet uns von der Konkurrenz bei den Magnetsensoren. Für die dreidimensionale Dünnfilmbeschichtung gibt es noch keine Wettbewerber, was Qualität und Beschichtungsvielfalt angeht. Unser Verfahren ist darüber hinaus ressourcenschonend, da das Material zielgerichtet aufgetragen wird.

Welche Branchen haben Sie vor allem im Blick?

Kai Schlage: Im Bereich der Magnetsensorik, dem Ursprungsthema unserer industrierelevanten Beschichtungsaktivitäten am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY, wollen wir auf jeden Fall fortfahren. Die Optik ist ein weiterer Bereich, in dem es extrem relevant ist, dünne Schichtstapel homogen in einer exakten Stärke aufzutragen. Reflektoren oder Filter für sichtbares oder Röntgenlicht sind hier nur einige Anwendungsbeispiele. Des Weiteren arbeiten wir mit externen Forschungsgruppen zusammen, die unsere großflächigen Beschichtungsmöglichkeiten bereits nutzen oder mittelfristig nutzen möchten, um anspruchsvollere Probensysteme für die Grundlagen- und angewandte Forschung herzustellen. Auch die Bereiche Solartechnik, nanomechanische Oberflächen und biofunktionale Oberflächen sind für uns interessant. Diese wollen wir aber erst in einem zweiten Schritt angehen. Hier können wir in Zukunft vielleicht dazu beitragen, den Wirkungsgrad von Dünnfilmsolarzellen oder Dünnfilmbatteriezellen zu verbessern. Das ist aber noch Zukunftsmusik.  

Welche Kunden wollen Sie ansprechen?

Kai Schlage: Im Bereich der Sensorik sind unsere Zielkunden Großhersteller von sogenannten Magnetwiderstandssensoren. Mit einem solchen potentiellen Kunden konnten wir am DESY vor kurzem ein erstes Validierungsprojekt erfolgreich durchführen. Darüber hinaus zielen wir auf kleine und mittelgroße Firmen mit Bedarf an Spezialbeschichtungen. Beispielsweise arbeiten wir aktuell mit einer Firma zusammen, die ihre Produkte für die Mikroskopie durch uns deutlich verbessern möchte.

Neben der Industrie und insbesondere deren Entwicklungsabteilungen sind auch Universitäten und Forschungsorganisationen für uns von großem Interesse. Hier am DESY zeigt sich die Vielfalt des Kundenkreises bereits durch die Diversität der aktuellen Beschichtungsanfragen. Einerseits fragen uns Wissenschaftler an, die für ihre Forschungsprojekte hochkomplexe Dünnfilmstrukturen auf verschiedensten Oberflächen benötigen. Doch auch Ingenieure wenden sich an uns, die Spezialbeschichtungen verschiedener Bauteile für technologische Neuentwicklungen brauchen.

Unser wesentliches Ziel mit dem Gründungsprojekt der Helmholtz-Gemeinschaft ist es, mit unseren innovativen Beschichtungsmöglichkeiten gezielt und verstärkt Industrievertreter als Kunden zu gewinnen.

Sie forschen seit vielen Jahren an den Großforschungsanlagen am DESY, aber auch an der Europäischen Röntgenlichtquelle ESRF. Nehmen Sie Erkenntnisse dieser Forschungsarbeiten für Ihr Projekt mit?

Mehdi Ramin Moayed: Auf jeden Fall. Zum einen haben wir dabei das riesige Potential der funktionalen Einstellmöglichkeiten durch die schräge Beschichtung entdeckt. Das führte zum ersten Patent für maßgeschneiderte Magnetsensoren. Dünnfilmbeschichtungen waren stets Grundlage unserer wissenschaftlichen Untersuchungen. Weil wir sie immer weiter verbessern wollten, entwickelten wir selbst projektspezifische Beschichtungsanlagen mit innovativen Ansätzen. Unsere vor kurzem fertiggestellte Vakuumanlage für die funktionale, schräge Beschichtung im Industrieformat basiert auf diesen Erfahrungen. Das über die Jahre entstandene Netzwerk im Forschungsbereich spielt natürlich auch eine große Rolle, davon profitieren wir enorm.

Wie wollen Sie den Transfer in die Wirtschaft schaffen und eine Produktion im industriellen Maßstab sicherstellen?

Dafür ist es besonders wichtig, unsere neuartigen Beschichtungsmöglichkeiten bekannter zu machen. Hierfür realisieren wir aktuell Dünnfilmdemonstratoren mit Alleinstellungsmerkmal, die wir im Sommer auf einer Fachmesse präsentieren werden. Darüber hinaus sind wir im intensiven Austausch mit potenziellen Kunden aus der Industrie, um offene Problemstellungen im Beschichtungsbereich zu identifizieren. Mit einer selbstentwickelten Steuerungssoftware führen wir außerdem eine Qualitätskontrolle unserer automatisierten Beschichtungen durch. Die Schichteigenschaften können wir mit unterschiedlichen Labormessgeräten am DESY bestimmen. Für eine Produktion im industriellen Maßstab könnte unsere Beschichtungsanlage sogar technisch erweitert oder nachgebaut werden, um den Durchsatz deutlich zu steigern. Wir wollen möglichst viele Kunden gewinnen, die ihre Produkte nur mit unseren Beschichtungsmöglichkeiten deutlich leistungsfähiger machen können.  

Im Ausgründungsprogramm „Helmholtz Enterprise“ haben Sie bereits erfolgreich das Field Study Fellowship durchlaufen. In dem Programm konnten Sie die Bedürfnisse Ihrer potenziellen Kunden gezielt abklopfen. Was haben Sie dabei herausgefunden? 

Mehdi Ramin Moayed: Im Rahmen des Field Study Fellowships hatten wir Kontakt mit mehreren Firmen und externen Forschungsgruppen und konnten bereits neue, interessante Anwendungsbereiche identifizieren. Zwei größere Anfragen werden wir aktiv weiterverfolgen. Neben der technischen Realisierbarkeit und Wirtschaftlichkeitsprüfung ergab sich mit der Risikoabschätzung für unser technisches Equipment ein für uns neuer Aspekt, der leider auch zur Absage von wirtschaftlich hochinteressanten Anfragen führte. Insgesamt konnten wir im Rahmen der Kundenrecherche unsere Annahme bestätigen, dass mit unseren Beschichtungsanlagen eine wirtschaftlich interessante technologische Basis für eine Ausgründung zur Verfügung steht.  

Jetzt wollen Sie Ihr Projekt im Spin-off-Programm von Helmholtz weiter voranbringen. Welche Vorteile bietet das Programm?

Kai Schlage: Ich finde das Helmholtz-Enterprise-Instrument wirklich phänomenal. Es ist genau das, was man in dieser Phase braucht: Man ist zwar von seinem Produkt überzeugt, doch da sind noch Bedenken, ob man die nächsten Schritte in das Risiko der Selbstständigkeit wirklich wagen soll. Das Programm hilft, die eigene Position auf dem Markt einzuschätzen und Kunden zu akquirieren. So eine Form der Unterstützung stupst sicherlich viele potenzielle Ausgründer an: Traut euch, euren Wunsch zu verwirklichen!

Wann rechnen Sie mit der offiziellen Gründung des Projekts?

Mehdi Ramin Moayed: Wenn alles gut läuft, möchten wir Ende dieses oder spätestens Anfang nächsten Jahres offiziell ausgründen.

 

Interview: Thomas Röbke

Helmholtz Enterprise

Das Ausgründungsprogramm Helmholtz Enterprise unterstützt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Helmholtz-Gemeinschaft bei ihren Ausgründungen. Es besteht aus zwei Modulen: Im Field Study Fellowship ermitteln die Forscherinnen und Forscher Kundenbedürfnisse durch Marktrecherche. Das Spin-off-Programm finanziert den Aufbau und die Umsetzung ihres Gründungsprojekts.

Anträge können bis zum 31. März 2021 und bis zum 4. Oktober 2021 eingereicht werden.

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