Die Oberfläche von Materialien kann einen enormen Einfluss auf deren Funktion haben. Verändert man die äußere Beschaffenheit, erweitert man auch die Bandbreite der Verwendungsmöglichkeiten. Materialwissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universität Jena erforschen deshalb, wie sie die Oberfläche verschiedener Werkstoffe mit Lasertechnik gestalten können. Sie konzentrieren sich dabei vor allem auf laserinduzierte periodische Oberflächenstrukturen, auch LIPSS – Laser-Induced Periodic Surface Structures – genannt. Mit dieser Methode lassen sich besonders feine Strukturen hervorrufen.
„Bestrahlt man eine Oberfläche mit einem Femtosekundenlaser, so bilden sich an dem Punkt, an dem der Laserstrahl auf die Oberfläche trifft, charakteristische Strukturen aus“, erklärt Dr. Stephan Gräf vom Otto-Schott-Institut für Materialforschung der Universität Jena. Interferenzeffekte in diesem Fokuspunkt rufen die LIPSS hervor. Diese Strukturen sind viel kleiner als die, die man durch normale Laserstrukturierung erreicht.
Die Größe der Strukturen hängt unter anderem von der Laserintensität und der Wellenlänge ab. Verändert man also die Parameter der Laserstrahlung, lassen sich die Strukturen nahezu maßgeschneidert aufbringen.
Generell funktioniert die Methode auf vielen Materialklassen, bisher allerdings konnte sie nur auf ebenen Flächen angewendet werden. In Jena ist es gelungen, auch gekrümmte Oberflächen mit den laserinduzierten periodischen Strukturen zu versehen.
„Wir haben LIPSS auf der Oberfläche etwa zehn Mikrometer dünner Kohlenstofffasern aufgetragen – deren Durchmesser ist dabei kaum größer als die aufgebrachten Strukturen selbst“, sagt Gräf: „Außerdem konnten wir verschiedene Strukturtypen übereinanderlegen und somit die Oberfläche hierarchisch gestalten.“
Für die Praxis ergeben sich neue Möglichkeiten. So werden etwa die Kohlenstofffasern bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen in andere Materialien eingebettet. Durch die LIPSS lässt sich ihre Oberflächentopographie gezielt verändern, so dass es zum Verankern zwischen Polymer und eingebetteten Fasern kommen kann. Die Strukturen wirken wie ein optisches Gitter. Und auch die Haltbarkeit von Materialien beeinflussen LIPSS positiv.
