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Nanostrukturierung von PMMA-Folie durch Plasmabehandlung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren

Nanostructuring of PMMA polymer film by a roll-to-roll plasma treatment process

  • Die vorliegende Arbeit umfasst die Übertragung eines patentierten Rolle"=zu"=Rolle"=Plasmaätzverfahrens auf das Polymer PMMA, sowie die Charakterisierung der modifizierten Folien. Der Plasmaätzprozess basiert auf einem Sauerstoffplasma mit einem Doppelmagnetronsystem als Plasmaquelle und wird zur Erzeugung von Nanostrukturen genutzt. Als Targetmaterialien für das Doppelmagnetronsystem werden Magnesium, Aluminium und Titan genutzt. Durch die erzeugten Nanostrukturen wird ein Gradientenverlauf der Brechzahl zwischen Folie und Umgebung erzeugt, wodurch eine breitbandige optische Entspiegelung erreicht wird. Durch die Verbesserung der optischen Eigenschaften der PMMA-Folie soll ein weiteres Material für die Frontseitenverkapselung von optischen Bauelementen untersucht werden. Zunächst werden die mechanischen und optischen Eigenschaften der PMMA-Folie charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass PMMA schon eine hohe Transparenz besitzt. Durch die erfolgreiche Übertragung des Prozesses konnte die optische Transmission um 2 % - 3 % für die untersuchten Targetmaterialien erhöht werden. Für die Titantargets ergaben sich die besten optischen Eigenschaften. Die Ergebnisse, sowie REM-Untersuchungen der Nanostrukturen werden vorgestellt. Um den Prozess zu optimieren wurde der Einfluss der Prozessparameter Geschwindigkeit, Leistung und Sauerstofffluss auf die Transmission untersucht. Die ermittelten Zusammenhänge werden gezeigt und diskutiert. Für eine beidseitig behandelte Folie ergab sich eine Restreflexion von unter 1 % pro Seite. Des Weiteren wurden Versuche mit einer Initialschicht durchgeführt, da sich diese auf anderen Polymeren als vorteilhaft erwiesen hat.
  • This masterthesis presents a study on the optimization of a roll-to-roll plasma etching process of PMMA and the characterization of the modified polymer films. The plasma etching process is based on an oxygen plasma using a dual magnetron system as a plasma source. This process is used to create nanostructures at the surface of the film. Magnesium, aluminium and titanium are used as target materials. The nanostructures are used to introduce a refractive index gradient between the air and the polymer film which decreases the reflection coefficient. First of all, the mechanical and optical properties of the untreated PMMA polymer film are characterized. The results show a high optical transmission for untreated PMMA. For all targets, the plasma etching process increases the optical transmission between 2 % - 3 % Using titanium targets results in the highest increase in optical transmission. The velocity, plasma power and oxygen flow during the process were varied to optimize the plasma treatment and the effects on the transmission were measured. A PMMA film that was treated on both sides showed a reflection coefficient below 1 % at each side. Experiments with an initial layer were performed, because an improved process efficiency was found in literature for other polymers.

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Metadaten
Author:Anika Himmler
Advisor: Schondelmaier, Cindy Steiner
Document Type:Master's Thesis
Language:German
External Institution:Fraunhofer Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Date of Publication (online):2018/02/22
Year of first Publication:2015
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Date of final exam:2015/01/16
Release Date:2018/02/22
Tag:PMMA; Plasmabehandlung; Polymerfolie; Rolle-zu-Rolle-Verfahren; optische Entspiegelung
anti reflection; nanostructure; plasma treatment; poly methyl methacrylate; roll-to-roll process
GND Keyword:Nanostruktur; Plasmaätzen; Polymethylmethacrylate
Pagenumber:84 Seiten, 27 Abb., 15 Tab., 47 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik