Die Beschichtung unterschiedlichster Oberflächen mit flammenpyrolytischen Verfahren als Variante der Chemischen Gasphasenbeschichtung (CCVD – Combustion Chemical Vapour Deposition) ist ein wichtiger Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt bei INNOVENT. Besondere Bedeutung hat dabei die Abscheidung amorpher Siliziumdioxid-Schichten für verschiedene Anwendungs-zwecke mit dem Pyrosil®-Verfahren. Mit diesem Verfahren können insbesondere Glasoberflächen großflächig mit transparenten und optisch fehlerfreien SiO2-Beschichtungen versehen werden. Diese werden unter anderem erfolgreich als Diffusionsbarriere zum Schutz vor Glaskorrosion oder zur Verhinderung unerwünschter Kontamination von Funktionsschichten auf Glassubstraten eingesetzt.
Die Wirksamkeit derartiger Barriereschichten beruht auf der effizienten Unterdrückung der Diffusion von Alkali-Ionen (insbesondere Na-Ionen) aus dem Substratglas. Ungeachtet der Vielzahl praktischer Anwendungen war bisher das theoretische Verständnis für die hohe Wirksamkeit von amorphen SiO2-Schichten als Duffusionsbarriere begrenzt. Den Schlüssel für ein vertieftes Verständnis der Barrierewirkung liefern Untersuchungen der Mikrostruktur der Grenzfläche Schicht-Glas. In der jetzt veröffentlichten Molekulardynamik-Studie der Grenzfläche zwischen amorphem SiO2 und Natriumsilikatglas konnte gezeigt werden, daß die Grenzfläche eine elastische Phasengrenze darstellt, an der ein Übergang von einem flexiblen Si-O Netzwerk (Glas) zu einem steifen Si-O Netzwerk (amorphes SiO2) stattfindet. Diese signifikante Änderung der Netzwerktopologie ist mit dem steilen Na-Konzentrations-gradienten an der Grenzfläche verbunden. Aufgrund der Abhängigkeit der Diffusionskinetik von der Netzwerktopologie führt der elastische Phasenübergang an der Grenzfläche zu einer signifikanten Hemmung der Na-Diffusion aus der Glasoberfläche und erklärt die experimentell beobachtete Effektivität der SiO2-Beschichtungen als Barriereschichten. Die Studie wurde mit finanzieller Unterstützung der Thüringer Aufbaubank unter dem Förderkennzeichen 2016 WFN 0021 durchgeführt.
Der Zugang zur vollständigen Publikation Eur. Phys. J. B (2024) 97:112 ist unter dem Link: https://doi.org/10.1140/epjb/s10051-024-00754-9 abrufbar.
Die Read-only-Version kann unter dem Link: https://rdcu.be/dPRPa eingesehen werden.
