Bruchsichere transparente Keramiken

Smartphone Displays nehmen heutzutage die gesamte Höhe der jeweiligen Geräte ein, damit die Inhalte und Anwendungen angenehm betrachtet und genutzt werden können. Als mobiles Gerät läuft ein solches Telefon jedoch Gefahr, den einen oder anderen Sturz zu erleben. Displays sind hierbei die erste Komponente, die zu Bruch geht. Chemisch vorgespanntes Glas, auch Gorilla-Glas genannt, ist bisher die beste Lösung, um Displays für Smartphones und Glas für weitere Anwendungen kratz- und bruchsicher zu machen. Nun entwickelte ein Team aus Jülicher Wissenschaftlern, ebenfalls mittels Vorspannen, transparente Keramiken mit einer höheren Bruchsicherheit als Gorilla-Glas.

Transparente Keramiken bringen hervorragende Eigenschaften mit: Sie sind sehr hitzebeständig, haltbar gegenüber korrosiven Chemikalien und durchlässig für kurz- und langwellige Strahlung. Gegen den Einsatz in der Industrie spricht bisher jedoch die hohe Anfälligkeit für Brüche. Ein Team aus Jülicher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, unter maßgeblicher Beteiligung von JARA-ENERGY Mitglied Prof. Olivier Guillon, Leiter des Bereichs Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung, hat nun die Technik zur Herstellung von Gorilla-Glas erfolgreich auf transparente Keramiken übertragen.
Mittels Gasphasenbeschichtung brachten die Forscherinnen und Forscher eine ultradünne Schicht Yttriumdioxid auf eine transparente Keramik aus Zirkondioxid auf. Die anfällige Oberfläche der Keramik wurde durch die Beschichtung stabiler und kratzfester. Der Bruchwiderstand erhöhte sich um das Zwei- bis Dreifache und übertraf somit sogar die Haltbarkeit von Gorilla-Glas. Darüber hinaus maximierten sich die optischen Eigenschaften, da die Oberfläche durch die Yttriumdioxid Schicht weniger Licht reflektiert.
Durch die Veränderung der Materialkombinationen, Schichtdicken und Prozessparameter könnten auf diese Weise nach Wahl gezielt mechanische und optische Eigenschaften verbessert und für jedes Anwendungsgebiet individuell angepasst werden.
Im nächsten Schritt müssen die Resultate der „Proof of Concept“-Studie weiterüberprüft werden. Die ersten Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Pressemitteilung auf der Website des Forschungszentrums Jülich.