UV-Licht unterstützte Metallisierung von Fasern und Geweben (UV-EP)

Am 31. Dezember 2014  wurde das IGF-Forschungsvorhaben Nr. 17462 N „UV-Licht unterstützte Metallisierung von Fasern und Geweben“ abgeschlossen.

Mit dem Ziel eines verfahrenstechnisch einfachen Prozessss zur Metallisierung textiler Halbzeuge für innovative Bereiche wie textile Elektronik, Sensorik oder Photovoltaik wurde der Ansatz verfolgt, Textilien aus natürlichen und synthetischen Polymeren durch Ausrüstung mit Silbernitrat und nachfolgende UV-Bestrahlung flächig oder in begrenzten Bereichen mit Silberkeimen zu belegen, die als Basis für weitere galvanischer Metallisierung dienten.

Das gewählte Konzept des primären Versilberungsschrittes beruht dabei auf der Reaktion:

Folgende Aspekte des Ansatzes sind herauszustellen:

Die primäre Deposition von Silberkeimen konnte auf dem beschriebenen Wege bei textilen Flächengebilden aus allen untersuchten Faserstoffen – Baumwolle, Polyester (PET), Polyamid und verschiedene Hochleistungsfasern – erreicht werden. Durchschnittlich konnten so Silberauflagen bis über 20 Gewichts-% erzielt werden. Aus mikroskopischen und spektroskopischen Analysen waren zwei wesentliche Erkenntnisse abzuleiten: Entgegen gängiger Sprechweise in der Literatur wie auch der Annahme im ursprünglichen Forschungsantrag wird durch den Prozess keine Silberschicht und auch keine „Grundleitfähigkeit“ erzeugt. Vielmehr liegt das etablierte Silber in Form partikulärer Strukturen vor, die weite Größenbereiche überdecken. Dennoch konnten alle versilberten Proben trotz dieser Morphologie galvanisch verkupfert werden.

Aus der systematischen Untersuchung des Wachstumsverhaltens der Kupferschicht konnte ein mechanistisches Verständnis abgeleitet werden, nach dem sich im Galvanisierbad Kupferionen infolge von Feldverzerrungen zunächst an etablierte Silberkeime anlagern, langsam zu Kupferdomänen aufwachsen und schließlich eine tatsächliche Schicht bilden.

Für die Zielsetzung des Projektes war die gemusterte Metallisierung eine essentielle Aufgabe. Versuche haben gezeigt, dass der untersuchte Ansatz diese Aufgabe erfolgreich leistet: Durch Maskierung entsprechender Bereiche während der Bestrahlung konnte die Belegung mit Silberkeimen räumlich so begrenzt werden, dass im nachfolgenden Galvanisierschritt nur diese Bereiche verkupfert wurden. Im statistischen Mittel lag die Trennschärfe auf den Baumwollgeweben bei etwa einer halben Fadendicke, was am konkreten Material ca. 300 bis 500 µm entsprach.

Photographische und REM-Aufnahme eines versilberten Polyamidgewebes vor (links) bzw. nach (rechts) einer Nachwäsche.

Visueller Eindruck Elementverteilung (EDX-Mapping) eines maskiert bestrahlten Baumwollgewebes nach der galvanischen Verkupferung.

 


Angaben zum Forschungsvorhaben

Forschungsthema: UV-Licht untertützte Meallisierung von Fasern und Geweben (UV-EP)
IGF-Forschungsvorhaben Nr. 17462 N
Laufzeit 01.09.2012  bis 31.12.2014

Ansprechpartner:
Dr. Thomas Bahners, Tel. +49 2151/843-2016, E-Mail: bahners@dtnw.de

Der ausführliche Bericht ist seit April 2015 verfügbar.