Oberflächenmodifizierung von Polymethylmethacrylat durch ...

Kapitel 4: Ergebnisse und Diskussion 99
4.7 Zusatzfunktionen für plasmabehandelte PMMA-Oberflächen
4.7.1 Erhöhung der Abriebfestigkeit und Klimabeständigkeit
Für industrielle Anwendungen wird neben einer Antireflexwirkung auch häufig eine mechanisch
stabile Funktionsoberfläche gefordert. Dieses Kriterium erfüllt die in dieser Arbeit beschriebene
plasmamodifizierte PMMA-Oberfläche jedoch nur ungenügend. Daher reduziert sich der Einsatz
von derart entspiegelten Bauteilen nur auf einen geschützten Einbau. Durch eine nachträgliche
Überschichtung der Entspiegelungsstruktur mit einer dünnen SiO 2-Schicht kann allerdings ein
gewisser Anstieg der Abriebfestigkeit erzielt werden.
Wird eine SiO 2-Überschichtung gewählt, müssen die Plasmaparameter, insbesondere die
Behandlungszeit an die Schichtdicke angepasst werden. Zur Erzeugung der stochastischen
Mottenaugenstruktur wird daher eine etwas kürzere Plasmabehandlungszeit gewählt, wobei die
fehlende Zeit durch die Überschichtung ausgeglichen wird. Das Schichtmaterial setzt sich offenbar
bevorzugt auf den „Köpfchen“ der Säulen ab, wodurch eine höhere Strukturtiefe realisiert und das
notwendige Aspektverhältnis erreicht wird. Als günstig hat sich hierbei eine Schichtdicke zwischen
40 nm und 80 nm erwiesen (Abb. 81).
Transmission [%]
98
96
94
92
90
88
86
84
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Wellenlänge [nm]
unbehandeltes PMMA
240 s Plasmabehandlung
240 s, 40 nm SiO2
240 s, 80 nm SiO2
Abb. 81: Vergleich der Transmissionen von plasmabehandelten PMMA-Substraten (14 sccm Ar,
30 sccm O 2, 120 V, 240 s) mit und ohne SiO 2-Beschichtung.
Mit der SiO 2-Beschichtung kann eine verbesserte Wischfestigkeit der Oberflächenstrukturen
erreicht werden. Durchgeführte Putztests mit einem Baumwolltuch zeigten unter geringem
Putzdruck keine Veränderungen in den optischen Eigenschaften. Da durch die Überschichtung
eine verbesserte Abriebfestigkeit erzielt wurde, lag die Vermutung nah, auch bessere Ergebnisse in
den Klimatests zu erhalten.
Wie in Kapitel 4.4.2 gezeigt wurde, müssen z. B. nach einem Klimatest mit 55°C und 95%
Feuchte Transmissionseinbußen von etwa 1% in Kauf genommen werden. Im Gegensatz dazu
wurde bei einer mit SiO 2 überschichteten Entspiegelungsstruktur nur ein sehr geringer
Transmissionsverlust festgestellt, der im Mittel 0,2% bis 0,3% beträgt und im Bereich der
Messunsicherheit des Spektrometers liegt (Abb. 82). Auch die nachfolgend dargestellten AFM-
Profilaufnahmen (Abb. 83) zeigen keine Unterschiede in den Strukturhöhen, was mit der
detektierten - nur sehr geringen - Transmissionsabnahme korreliert.