Ganz schön dünn aufgetragen

Ein Hauch Silber, verpackt in Oxid oder Nitrit, legt sich wie ein durchsichtiger Film auf das Fensterglas. Nur wenige Nanometer dünn ist die Schicht, sie ist lichtdurchlässig und kann doch Wärme dämmen. Die Nanoschicht verhindert, dass sich Räume hinter großen Glasfronten zu sehr aufheizen. Der Trick: Während traditionelle Wärmedämmschichten lediglich die langwelligen Wärmestrahlen herausfiltern und reflektieren, trennt die Sonnenschutzschicht einfallende Sonnenstrahlen in kurzwellige Licht- und langwellige Wärmestrahlen.

An das Beschichtungsverfahren stellen diese Nanoschichten hohe Ansprüche: “Bei traditionellen Wärmedämmschichten sind Unterschiede in der Schichtdicke von bis zu fünf Prozent kein Problem”, stellt Dr. Bernd Szyszka vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig fest. “Bei den Sonnenschutzbeschichtungen ist maximal ein Prozent Toleranz zulässig.”

Die Beschichtungen werden bereits seit einigen Jahren großtechnisch hergestellt – üblicherweise durch Sputtern: In einer Vakuumkammer schießen energiereiche Ionen eines Plasmas Atome aus einer Silberplatte. Sie werden auf einer vorbeifahrenden Glasscheibe aufgefangen. Atom für Atom wächst eine hauchdünne Schicht. Knapp 20 Quadratmeter große Scheiben lassen sich mit dieser Technik in 45 Sekunden komplett beschichten.

Das funktioniert. “Dennoch ist das Verfahren bis heute eine Art schwarze Magie, mit Einflussgrößen, die man nur teilweise verstanden hat”, sagt Bernd Szyszka. Um befriedigende Ergebnisse zu erzielen, waren lange Versuchsreihen und viel Erfahrung nötig. Wissenschaftler vom Fraunhofer IST haben das Geschehen in der Vakuumkammer jetzt entzaubert. Die neue Simulationssoftware DOGMA kann die komplexen Vorgänge während der Plasma-Beschichtung umfassend abbilden. Damit wird das Auftragen von Dünnschichtsystemen exakt berechenbar – gleichgültig ob auf großflächigen Glasscheiben oder auf daumennagelgroßen Filtern für die optische Signalübertragung. Anlagenbauer, Schichtentwickler und Hersteller können Anlagen und Prozesse damit schon im Planungsstadium, aber auch noch während der Produktion optimieren.