Permeation von Wasser und Sauerstoff

Ca-Degradationsmessplatz zur Bestimmung der Permeation von Wasser und Sauerstoff

Die Permeationsmessung beruht auf der der hohen Reaktionsfähigkeit von elementarem Calcium. In Umgebungsluft reagiert eine metallisch glänzende Calciumschicht in kürzester Zeit mit Wasserdampf und Sauerstoff zu transparentem Calciumhydroxid/-oxid.
Im Messversuch werden entsprechende Testzellen, die eine dünne Calciumschicht enthalten, in inerter Atmosphäre mit den zu charakterisierenden Materialien verkapselt. Die Geschwindigkeit der Degradation des Calciums unter den gewählten Lagerbedingungen ist ein Maß für die Barrierewirkung der zu untersuchenden Materialien. Die Methode ist besonders geeignet für transparente Polymerschichten (Klebstoffe, Gießharze, Bindemittel, Laminierharze, Barrieresubstrate).


Bei der Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Polymerfolien mit oder ohne Beschichtungen muss zwischen volumen- und defektdominierter Permeation unterschieden werden. Letztere kann am Abbau-Muster des Calciums mit Hilfe einer Kamera und zugehöriger Bildauswerte-Software untersucht werden.


Die Messmethode wurde erfolgreich mit der Charakterisierung von Klebstoffen und Barriereschichten etabliert. Dabei konnte temperatur- und feuchteabhängig die anteilige Diffusion von Sauerstoff für verschiedene Materialien separiert werden.

 

Anwendungsfelder

  • Verkapselung sensitiver elektronischer Bauteile (OLED)
  • Flexible Substrate
  • Wasser- und Sauerstoffpermeation von Klebstoffen und Polymersubstraten als Funktion von Temperatur und Feuchte
  • Evaluierung und Zuverlässigkeit von Verkapselungsstrukturen
  • Defektanalyse von Substraten

 

Spezifikation

  • Eigenentwicklung Fraunhofer IZM Teltow,
  • Verkapselung unter Inertatmosphäre,
  • Thermische Härtung unter Druck bis > 100 ºC, drucklos bis 300 ºC,
  • UV Härtung bis 100 ºC unter Druck,
  • Messung der optischen Transmission bei 630 nm,
  • Spiegelfläche 21 * 30 mm², typische Dicke 100 nm,
  • Detektierbare Sauerstoff- bzw. Wassermenge 35 – 90 µg,
  • Detektierbarer Bereich der Transmissionsraten abhängig von Probengeometrie und Messzeit 103 – 10-4 g/m² d,
  • Mikroskopische Defektanalyse,
  • Probenfläche 3,5 * 5 mm², Auflösung 5 µm

 

Referenzen und Kooperationen

Die Arbeiten wurden vom BMBF und der Fraunhofer-Gesellschaft unterstützt (FKZ: 01BI158, MAVO Polymerelektronik) und in enger Kooperation mit den Fraunhofer-Instituten IPMS, Fraunhofer ISC und Fraunhofer IZM Berlin durchgeführt.