[05.04.2005] Vor zwei Jahrzehnten war es eine Zufallsentdeckung: Experimentalphysiker der damaligen Universität Essen stießen bei Laborversuchen auf einen bis dahin unbekannten Typ des elektrischen Lichtbogens. Er wurde der wichtigste Baustein für ein neues Forschungsfeld und einen bis heute hoch angesehenen Arbeitsschwerpunkt in der Materialwissenschaft.

Wie zeitgemäß das damals entwickelte Plasmaverfahren zur Oberflächenbeschichtung immer noch ist, demonstriert die Hochschule vom kommenden Montag an auf der Hannover Messe 2005 im „Forschungsland NRW – Halle II, Stand C36 –, dem Gemeinschaftsstand der nordrhein-westfälischen Hochschulen.

Der von Professor Dr. Volker Buck inzwischen weiterentwickelte Typ des Lichtbogens ist eines von zwei Exponaten, mit denen Uni-Wissenschaftler nach Hannover reisen.Buck setzt die modifizierte Lichtbogenquelle zur Beschichtung von Implantaten und Prothesen ein. Stents, künstliche Gelenke oder Katheter müssen durch eine Veränderung ihrer Oberfläche an ihre jeweilige Funktion angepasst werden. Sie müssen biokompatibel sein, und sie müssen den spezifischen Belastungen, denen sie im Körper des Patienten ausgesetzt sind, optimal entsprechen. Von künstlichen Gelenken zum Beispiel verlangen die Ärzte gute Gleiteigenschaften bei gleichzeitig geringem Abrieb. Die Oberflächen- oder Barriereschicht wirkt dabei in zwei Richtungen. Sie schützt das Implantat oder die Prothese vor aggressiven Körperflüssigkeiten und –zellen und verhindert gleichzeitig die Schädigung des Organismus durch allergene Metallionen oder Weichmacher im Implantat bzw. in der Prothese.

Buck und seine Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Dünnschichttechnologie setzen kohlenstoffbasierte Schichten ein. Ihre Biokompatibilität ist durch verschiedene Studien nachgewiesen; außerdem zeichnen sich solche Schichten durch ihre einmalige Variabilität aus, was auch den vielen Kombinationsmöglichkeiten des Kohlenstoffs mit anderen Komponenten wie Wasserstoff und Metallen oder Zusätzen wie Silizium, Stickstoff, Sauerstoff, Halogenen und Edelgasen zu verdanken ist. „Die Eigenschaften der Schichten lassen sich in weiten Grenzen variieren. Harte, reibungsarme, verschleißfeste Schichten bilden das eine Ende des Spektrums, weiche und zähe, polymerartige Schichten das andere“, freut sich Buck.

Die von seiner Arbeitsgruppe verwendete Lichtbogenquelle ermöglicht allein durch die Variation von Prozessparametern die Abscheidung von Schichten aus dem gesamten Spektrum. Zudem können die Physiker auch bei niedrigen Teilchenenergien hohe Ionendichten erreichen. Das ermöglicht die Beschichtung auch empfindlicher Substrate wie zum Beispiel Plexiglas. Die in Essen entwickelte Technik des Anodischen Bogens kann auf den von anderen Lichtbogenverfahren bekannten Einbau von Makropartikeln verzichten: Es entstehen porenfreie Barriereschichten mit hervorragender Haftung auf dem Substrat. Hilfsmittel sind dazu nicht nötig.

Das Verfahren überzeugt: Die Firma Systec System- und Anlagentechnik GmbH & Co. KG hat es inzwischen zur industriellen Anwendung gebracht.

In seiner Wirkung überzeugend und für ungezählte Anwender interessant ist auch das zweite Exponat der Universität Duisburg Essen: das von Professor Dr. Michael Schreckenberg am Lehrstuhl „Physik von Transport und Verkehr“ entwickelte Verkehrsinformationssystem „autobahn.NRW“. Es soll allen, die auf den Autobahnen des Landes unterwegs sein müssen, eine „intelligente Reiseplanung“ ermöglichen, sie also mit allen Daten zum globalen aktuellen, besser noch kurzfristig bevorstehenden Verkehrszustand versorgen. Das NRW-Ministerium für Verkehr, Energie und Landesplanung beauftragte Schreckenberg mit der Entwicklung von „autobahn.NRW“.

Das System errechnet aus den Verkehrsdaten verschiedenster Quellen einen globalen Verkehrszustand und kann folglich jederzeit Informationen über vergangene, gegenwärtige und künftige Verkehrszustände liefern. Herzstück ist ein mikroskopischer Verkehrssimulator, der jedes Fahrzeug, das sich auf der Autobahn bewegt, im Rechner abbildet. Die Fahrzeuge bewegen sich in einer Simulation nach physikalischen Gesetzen, die durch Forschungsarbeiten in den letzten Jahren und ausführliche Analysen von vielen Gigabyte an Verkehrsdaten ermittelt wurden.

„autobahn.NRW“ stellt Verkehrsinformationen auch dort zur Verfügung, wo keine gemessenen Daten vorhanden sind, weil zum Beispiel an diesem Ort gar keine oder noch keine Messungen vorgenommen werden. Auf allen Autobahnen in Nordrhein-Westfalen können Informationen zur aktuellen Verkehrslage sowie eine 30- und 60-Minuten-Prognose über ein browserunabhängiges Java-Applet unter www.autobahn.nrw.de abgerufen werden. Bisherige Benutzerzahlen und Benutzerreaktionen sprechen für den Bedarf sowie den Erfolg der Anwendung.

Hinweis an die en: Ein Foto zum Text stellen wir Ihnen im jpg-Format unter

www.uni-duisburg-essen.de/aktuelles/pi_fotos.shtml zur Verfügung. Das Foto entstand im Labor für Dünnschichttechnologie und zeigt links Herrn Professor Dr. Volker Buck und rechts den Doktoranden Oleksiy Filipov.
(Foto: Pressestelle der Universität Duisburg-Essen)

Redaktion: Monika R?gge, Tel.: (0201) 183?2085