Forschung

DFG-Projekt:

Erzeugung von Sub-100-nm Strukturen mittels infrarotem Sub-15-Femtosekunden-Lasermikroskop

Projektbeginn: 01. Juni 2009

Projektleiter:

Professor Dr. Karsten König

Universität des Saarlandes
Fakultät für Physik und Mechatronik
Lehrstuhl für Biophotonik und Lasertechnologie
Campus A5.1
66123 Saarbrücken
k.koenig@blt.uni-saarland.de

Professor Dr. Helmut Seidel

Universität des Saarlandes
Fakultät für Physik und Mechatronik
Lehrstuhl für Mikromechanik, Mikrofluidik/Mikroaktorik
Campus A5.1
66123 Saarbrücken
seidel@lmm.uni-saarland.de

Dieses Projekt ist Teilprojekt im

DFG Schwerpunktprogramm SPP 1327:

"Optisch erzeugte Sub-100-nm-Strukturen für biomedizinische und technische Applikationen"

Koordinatoren:

Professor Dr. Karsten König

Universität des Saarlandes
Fachrichtung Mechatronik
Lehrstuhl für Biophotonik und Lasertechnologie
Campus A5.1
66123 Saarbrücken
k.koenig@blt.uni-saarland.de

Professor Dr.-Ing. Andreas Ostendorf

Ruhr-Universität Bochum
Fakultät für Maschinenbau
Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik und Meßsysteme
Universitätsstraße 150
44801 Bochum
Andreas.Ostendorf@ruhr-uni-bochum.de
Link zur Homepage an der Uni Bochum

Ansprechpartner DFG-Geschäftsstelle

Dr.-Ing. Ferdinand Hollmann

Link zur DFG

Teilnehmerliste:

	Projektleiter	Universität / Forschungszentrum etc.	Institut/Lehrstuhl für	Titel	Kontakt
1.	Prof. Dr. T. Baumert	Universität Kassel	Physik	Materialbearbeitung von Dielektrika auf der Nanometerskala mit zeitlich asymetrisch geformten Femtosekundenlaserpulsen und polarisationsgeformten Femtosekundenlaserpulsen	baumert@physik.uni-kassel.de
1.	PD Dr. M. Wollenhaupt	Universität Kassel	Physik		wollenhaupt@physik.uni-kassel.de
2.	Dr.-Ing. S. Barcikowski	Laser Zentrum Hannover e.V.	-	In-Situ-Konjugation von Nanopartikeln beim Ultrakurzpuls-Laserstrahlabtragen in Monomerlösungen für das Elektrospinnen auf Brandwunden	s.barcikowski@lzh.de
2.	Prof. Dr. D. Klee	Rheinisch-Westfälische TH Aachen	Technische u. Makromolekulare Chemie		s.barcikowski@lzh.de
3.	Prof. Dr. P. Behrens	Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover	Anorganische Chemie	Materialien und Technologien zur Erzeugung kleinster Strukturen mittels femtosekunden-laser-induzierter Mehrphotonenpolymerisation
	Dr. R. Houbertz	Fraunhofer-Institut für Silicatforschung	-
	Prof. Dr. A. Tünnermann	Friedrich-Schiller-Universität Jena	Angewandte Physik		andreas.tuennermann@iof.fraunhofer.de
4.	Prof. Dr. B. Chichkov	Laser Zentrum Hannover e.V.	-	Zeitaufgelöste Beobachtung und Modellierung der Entstehung laserinduzierter Nanostrukturen	b.chichkov@lzh.de
	Dr. D. Ivanov	Technische Universität Kaiserslautern	Physik
	Dr. L. Juschkin	Rheinisch-Westfälische TH Aachen	Technologie u. Optische Systeme		larissa.juschkin@ilt.fraunhofer.de
	Prof. Dr. R. Poprawe	Rheinisch-Westfälische TH Aachen	Lasertechnik		reinhard.poprawe@ilt.fraunhofer.de
5.	Prof. Dr. B. Chichkov	Laser Zentrum Hannover e.V.	-	Entwicklung funktioneller sub-100 nm 3D-Zwei-Photonen-Polymerisationstechnik und optische Charakterisierungsmethoden	b.chichkov@lzh.de
	Prof. Dr. U. Morgner	Gottfried Wihelm Leibniz Universität Hannover	Quantenoptik
	Prof. Dr. W. Osten	Universität Stuttgart	Technische Optik (ITO)
6.	Prof. Dr. L. M. Eng	Technische Universität Dresden	Angewandte Photophysik	Metallnanopartikel als nichtlinear optische Antennen in photoaktiven Polymermatrizen	lukas.eng@iapp.de
6.	Prof. Dr. B. Voit	Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.	-		voit@ipfdd.de
7.	Prof. Dr. M. Epple	Universität Duisburg-Essen	Anorganische Chemie - AK Epple	Laserinduzierte Sub-100 nm-Strukturen zur Erzeugung bioaktiver Nanopartikel-beladener Hydrogele	matthias.epple@uni-due.de
7.	Prof. Dr. H. Zimmermann	Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik	Mikrosysteme / Lasermedizin		heiko.zimmermann@ibmt.fraunhofer.de
8.	Dr. G. von Freymann	Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft	Nanotechnologie (INT)	Dreidimensionale, biphasische und funktionalisierte Nanostrukturen auf Titanoberflächen für Zahnimplantate	georg.freymann@physik.uni-karlsruhe.de
8.	Prof. Dr. R. Steiner	Universität Ulm	Lasertechnologie in der Medizin und Messtechnik		rudolf.steiner@ilm.uni-ulm.de
9.	Dr.-Ing. A. Gillner	Rheinisch-Westfälische TH Aachen	Lasertechnik	Nanoskalige Biofunktionalisierung von Oberflächen durch Laserstrahlung zur Erzeugung zellspezifischer Leit- und Wachstumsstrukturen	arnold.gillner@ilt.fhg.de
10.	Prof. Dr. G. Goch	Universität Bremen	Messtechnik Automatisierung u. Qualitätswissenschaft (BIMAQ)	Messverfahren zur In-Prozess-Charakterisierung optisch erzeugter Sub-100-nm-Strukturen	gg@bimaq.de
10.	Prof. Dr. S. Simon	Universität Stuttgart	Institut für Parallele u. Verteilte Systeme
11.	Prof. Dr. T. A. Klar	Technische Universität Ilmenau	Physik	Erzeugung von sub-100nm-Strukturen mittels optischer Lithographie sowie der nichtlinearer Abregung von Molekülen durch stimulierte Emission	thomas.klar@tu-ilmenau.de
12.	Prof. Dr. K. König	Univerität des Saarlandes	Biophotonik und Lasertechnologie	Erzeugung von sub-100nm-Strukturen mittels infrarotem Sub-15-Femtosekunden-Lasermikroskop	k.koenig@blt.uni-saarland.de
12.	Prof. Dr. H. Seidel	Univerität des Saarlandes	Mikromechanik Mikrofluidik / Mikroaktorik		seidel@lmm.uni-saarland.de
13.	Dr. J. Krüger	Bundesanstalt für Materialforschung u. -prüfung (BAM)	-	Erzeugung, Kontrolle und Mechanismen der Entstehung von periodischen Oberflächenstrukturen im Nanometerbereich durch die Bestrahlung von Festkörpern mit Femtosekunden-Laserpulsen
13.	Dr. A. Rosenfeld	Max-Born-Institut (MBI)	Nichtlineare Optik u. Kurzzeitspektroskopie		rosenfel@mbi-berlin.de
14.	Prof. Dr. P. Leiderer	Universität Konstanz	Physik	LaserinduzierteOberflächenstrukturierung mit optischen Nahfeldern von Nanopartikeln	paul.leiderer@uni-konstanz.de
14.	Dr. A. Plech	Forschungszentrum Karlsruhe	Synchrotronstrahlung		anton.plech@uni-konstanz.de
15.	Prof. Dr. S. Nolte	Friedrich-Schiller-Universität Jena	Angewandte Physik	Ultrakurzpuls-induzierte Erzeugung periodischer nanostrukturen im Volumen transparenter Festkörper	nolte@iap.uni-jena.de
15.	Prof. Dr. U. Peschel	Universität Erlangen-Nürnberg	Optik Information und Photonik		upeschel@optik.uni-erlangen.de
16.	Prof. Dr.-Ing. M. Schmidt	Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg	Photonische Technologien (LPT)	Gezielte lokale Sub-100-nm-Strukturierung durch ultrakurze Laserpulse mithilfe von einer optischen Pinzette positionierten Kolloiden unter Ausnutzung von Nahfeldeffekten	michael.schmidt@lpt.uni-erlangen.de
16.	PD Dr.-Ing. A. Otto	Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg	Fertigungstechnologie

Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung des Schwerpunktprogramms "Optisch erzeugte Sub-100-nm-Strukturen für biomedizinische und technische Applikationen" beschlossen. Als Laufzeit sind sechs Jahre vorgesehen.

Ziel des Schwerpunktprogramms ist die durchgängige Beschreibung der grundlegenden physikalischen, optischen und chemischen Prozesse, die in der Nanostrukturierung und Nanofunktionalisierung von Werkstoffen und Oberflächen mit nichtlinearen photonischen Methoden auftreten. Dabei sollen die derzeit bereits vorhandenen ersten Ergebnisse, die weitgehend durch empirische Vorgehensweisen erzielt wurden, durch eine systematische Analyse der Wechselwirkungsvorgänge und nichtlinearen Absorptionsphänomene von Ultrakurzpulslasern und anderen Strahlquellen verallgemeinert und damit die Basis für eine zielgerichtete ortsselektive und reproduzierbare Nanostrukturierung für unterschiedliche technische und biomedizinische Anwendungsfälle geschaffen werden. Die im Schwerpunktprogramm adressierten Strukturen sind auf unter 100 nm begrenzt und sollen durch ultrakurze Laserpulse (Pikosekunden, Femtosekunden, Attosekunden) hergestellt werden.

Die Voraussetzungen für die Nanostrukturierung weit jenseits der Beugungsbegrenzungen aus der klassischen Optik sind wesentlich dadurch gegeben, dass heute Strahlquellen mit neuen zeitlichen und energetischen Eigenschaften - von Femtosekundenlasern bis zu EUV-Quellen - zur Verfügung stehen, die eine weitgehend flexible Gestaltung der Energiedeposition im Werkstück in Ort und Zeit ermöglichen. Somit ist eine bis dato nicht mögliche Anregung physikalischer Wechselwirkungsmechanismen mit neuen Strukturierungs- und Funktionalisierungsergebnissen erreichbar, die gezielt auf die Erfordernisse technischer und biomedizinischer Fragestellungen angepasst werden können. So ist etwa bereits bekannt und experimentell gezeigt, dass zahlreiche Werkstoffe wie Dielektrika, Halbleiter, Polymere und Biomaterialien, aber auch Metalle unter Verwendung von Multiphotonen-Absorptionsprozessen nanostrukturiert werden können.

Konkrete Fragestellungen, die im Schwerpunkt adressiert werden sollen, sind:

Analyse der Wechselwirkungsphänomene ultrakurzer Laserstrahlpulse im Hinblick auf eine Nanostrukturierung unterschiedlicher Werkstoffe
Methodenentwicklung zur Nanostrukturierung unterschiedlicher Werkstoffe unter Nutzung optisch-nichtlinearer Multiphotonen-Wechselwirkungsprozesse
Untersuchungen zu Kombinationsprozessen zur gezielten topographischen und oberflächenchemischen Nanostrukturierung unter Nutzung photonischer, chemischer und biochemischer Ansätze
Anforderungen an optisch erzeugte laterale Nanostrukturen hinsichtlich technischer (zum Beispiel tribologischer, benetzender, strömungsmechanischer) oder biomedizinischer Eigenschaften
Erarbeitung von systematischer Methodik und Prozessmodellierung zur Erweiterung von Prozessgrenzen unter Nutzung von Reverse-Engineering-Methoden und selbstlernenden Prozessen
Entwicklung von Methoden zur ortsselektiven Analyse topographischer, optischer und chemischer Funktionen im Nanometermaßstab im Hinblick auf die Ergebnisbewertung einer vorangegangenen Nano-Strukturierungstechnik; dies beinhaltet Post-Mortem-Analysetechniken durch zum Beispiel Nahfeldmethoden und In-Situ-Methoden wie laserinduzierte Breakdown-Spektroskopie

Hinsichtlich der Nanostrukturen stehen folgende Prinzipien im Mittelpunkt der Thematik:

Nanostrukturierung durch Materialabtrag: Strukturierung technischer Werkstoffe und biologischer Materialien durch laserablative Verfahren; Berücksichtigung von Schmelz- und Plasmaeffekten; Einfluss des lateralen Wärmetransportes bei Nanostrukturierungsvorgängen; Optimierung von Pulsdauer und zeitlicher Pulsstruktur; Einfluss von Pulsenergie und Wiederholfrequenz
Oberflächen-Nanostrukturierung durch laserinduzierte Selbstorganisation: transiente Zustandsänderungen an der Oberfläche; Relaxationsphänomene, die zur Selbstorganisation von regulären Strukturen führen; Ripple-Formationen
Bulk-Nanostrukturierung durch 3D-Materialmodifikationen: Erzeugung lokaler Modifikationen im Volumen transparenter Festkörper; isotrope Brechzahländerungen; Nanovoids; doppelbrechende Brechzahlmodifikation
Mehrphotonen-Polymerisation: Analyse der chemischen Reaktionen bei der Mehrphotonen-Polymerisation; Einfluss des Verhaltens von Positiv- und Negativresisten; thermische Effekte wie Schrumpfung

Nicht gefördert werden Vorhaben zu Nanostrukturen in einer Dimension, zum Beispiel Beschichtungsverfahren, Dünnfilmablation usw. Von der Förderung weiterhin ausgeschlossen sind Verfahren, die prinzipiell Mikro- oder Mesostrukturen erzeugen, wobei einzelne Auflösungen im Sub-100-nm-Bereich liegen können.

Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten in der ersten Phase (Jahre 1-3) liegt auf der Erlangung tiefer gehender Erkenntnisse zur Erzeugung und messtechnischen Charakterisierung lateraler Nanostrukturen durch Nutzung hochintensiver Laserpulse. Hierzu sollen in diesem Zeitraum primär Ingenieur- und Naturwissenschaftler zusammenarbeiten. Um eine möglichst enge Vernetzung zu erreichen, sind gemeinsame Anträge zwischen diesen Disziplinen besonders gewünscht.

In einer zweiten Förderphase ist geplant, die in Phase 1 erzeugten und messtechnisch analysierten Strukturen im Hinblick auf biomedizinische und technische Anwendungen zu optimieren und anwendungsspezifisch zu charakterisieren. Prämisse zur Förderung ab Phase 2 ist die Kooperation innerhalb eines jeden Projektes mit Wissenschaftlern aus Medizintechnik, Biotechnologien, Elektrotechnik oder Maschinenbau.

Zuletzt bearbeitet am 11.03.2010