Oberflächenmodifizierung von Polymethylmethacrylat durch ...

Kapitel 5: Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Ausgangspunkt dieser Arbeit ist ein Plasmaverfahren, welches eine neue Methode zur
Herstellung von Antireflexstrukturen darstellt. Neben zahlreichen Techniken zur Erzeugung
periodischer und stochastischer Nanostrukturen, die auf transparenten Komponenten zu einer
Entspiegelung führen, hebt sich dieses Verfahren durch seine Einfachheit und Effizienz von den
bereits bestehenden AR-Techniken ab.
Anwendung findet dieses Plasmaverfahren beim Kunststoff Polymethylmethacrylat. Obwohl
dieser Kunststoff für optische Anwendungen am häufigsten verwendet wird, kommen
Kunststoffoptiken aus PMMA aufgrund der ungünstigen Schichthaftungseigenschaften zum
größten Teil noch unbeschichtet zum Einsatz. Vor allem die Entspiegelung der Oberflächen ist
jedoch eine Forderung, die für den Einsatz von Optiken und Bauteilen aus PMMA eine große
Rolle spielt. Da der Bedarf der Industrie an einem kostengünstigen und schnellen Verfahren zur
Entspiegelung von transparenten Kunststoffen heute stärker denn je ist, bietet diese Arbeit eine
gute Basis für eine industrielle Verwertung. Vor allem die Entspiegelung von stark gekrümmten
und vorstrukturierten Flächen ist bisher nur mit hohem technologischen Aufwand realisierbar.
Mit dem in dieser Arbeit vorgestellten Verfahren sind auch in dieser Problematik neue
Fortschritte zu erwarten.
In der Literatur werden vielfältige physikalische und chemische Prozesse beschrieben, die
durch Plasmabehandlungen auf Polymeren induziert werden. Somit können durch eine
Plasmamodifizierung allgemein die Oberflächeneigenschaften von Festkörpern gezielt verändert
werden (z. B. Benetzbarkeit, Entflammbarkeit, Adhäsion, Brechungsindex usw.). Im Fall von
PMMA zeigten viele Untersuchungen, dass die Wechselwirkung eines Plasmas bzw. von
Ionen mit der PMMA-Oberfläche oft zu einem Abbau der Esterseitengruppe führt. Bezüglich
der Oberflächenenergie stellten einige zitierte Veröffentlichungen nach einer Plasmabehandlung
von PMMA eine Zunahme fest, wodurch beispielsweise eine verbesserte Schichthaftung
erreicht werden kann. Plasmabehandlungen können weiterhin auch zu einer Veränderung der
Topographie führen. Mit diesen Effekten beschäftigten sich jedoch nur sehr wenige
Veröffentlichungen.
Das in dieser Arbeit behandelte Niederdruck-Plasmaverfahren, welches auf einem Argon-
Sauerstoff-Gemisch beruht, führt auf dem Kunststoff Polymethylmethacrylat zu einer sehr
wirkungsvollen Entspiegelung, die den gesamten sichtbaren Spektralbereich umfasst. Die
erzeugte Entspiegelung beruht auf der Ausbildung eines Effektivmediums, das durch einen
kontinuierlichen Brechzahlverlauf zwischen Substrat und Umgebungsmedium gekennzeichnet
ist. Dabei bilden sich aus einer sehr feinkörnigen Struktur mit fortschreitender
Plasmabehandlungszeit größere Agglomerate heraus. Eine wichtige Bedeutung ist dabei dem
Sauerstoff zuzuschreiben, der während der Plasmabehandlung als Reaktivgas eingesetzt wird.
Die charakteristische Strukturbildung wird nur durch das Plasmagasgemisch Ar/O2 erzielt,
wobei ein Sauerstoffanteil von mindestens 10 sccm notwendig ist. Plasmabehandlungsversuche
mit einem Argon-Stickstoff-Gemisch und reinem Argon zeigten keine vergleichbaren Effekte
bezüglich einer Reflexminderung. In beiden Fällen wird die Oberfläche nur geringfügig
strukturiert, es werden aber nicht die notwendigen Strukturtiefen bzw. Aspektverhältnisse, die
für einen Entspiegelungswirkung erforderlich sind, erreicht. Die unterschiedlichen Ergebnisse
zwischen den eingesetzten Reaktivgasen Sauerstoff und Stickstoff beruhen mit großer Wahrscheinlichkeit
auf der Reaktivität der Gase. Verglichen mit Sauerstoff, der über eine
herausragende Reaktivität verfügt, gilt Stickstoff als reaktionsträge. Die Reaktivität des
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