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Absolvent Hagen Grüttner an der PLD-Anlage, die er selbst konstruiert und gebaut hat.

Absolvent Hagen Grüttner an der PLD-Anlage, die er selbst konstruiert und gebaut hat.

Im gasförmigen Zustand ist Kohlenstoff alltäglich, doch in kristalliner Form wird er zu etwas ganz Besonderem: Die Kohlenstoffform Diamant ist das härteste Material, das in der Natur existiert. Außerdem bieten der geringe Reibekoeffizient, die Abriebfestigkeit und die gleichzeitige Biokompatibilität für verschiedenste Bauteile und Werkzeuge ganz neue Möglichkeiten: So werden mit einer nanokristallinen Diamantschicht überzogene Bohrer und Fräser nicht nur effizienter, sondern verschleißen auch erheblich langsamer. Ebenso ist der Einsatz von beschichteten Implantaten in der Medizin möglich, welche das Zellwachstum fördern bzw. hemmen und somit das Risiko einer Abstoßungsreaktion durch den Körper verringern.

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines diamantbeschichteten Bohrers | © Hagen Grüttner

Rasterelektronenmikroskop-aufnahme eines diamantbeschichteten Bohrers | © Hagen Grüttner

Hagen Grüttner, Mitarbeiter des Laserinstitut Hochschule Mittweida in der Forschungsgruppe von Prof. Dr. rer. nat. Steffen Weißmantel, forscht an einer neuen Methode zur Herstellung von nanokristallinen Diamantschichten. Hierfür gibt es zwar bereits Verfahren, doch für diese ist sowohl eine relativ aufwändige Vorbehandlung des zu beschichtenden Werkstoffs notwendig, als auch Prozesstemperaturen zwischen 750 und 1000 °C. Der Mittweidaer Forscher erzeugt die Schicht aus nanokristallinen Diamanten (n-D) stattdessen mittels Laserpulsabscheidung (PLD, engl. Pulsed Laser Deposition). Dieses Verfahren wird zur Herstellung der n-D Schichten neben der Forschergruppe in Mittweida nur noch von einem japanischen Wissenschaftlerteam untersucht. Beim PLD-Verfahren rastert ein Laserstrahl im Hochvakuum über ein sogenanntes Target. Das ist in dem Fall eine Scheibe aus Graphit. Die ablatierten Teilchen werden nach oben geschleudert und scheiden sich auf dem Substrat, also dem Werkstück, das kopfüber über dem Target angebracht ist, ab. Damit die entstehende Schicht aus Diamant ist und nicht aus Graphit, gehört aber noch eine ganze Menge Know-how dazu. So muss das Werkstück z.B. auf mehrere hundert Grad erhitzt werden. Des Weiteren sorgt zusätzlich eingeleiteter Wasserstoff dafür, dass die Kohlenstoffatome die gewünschte Bindungsform einnehmen  und sich in Diamant verwandeln. Gegenüber bestehenden Verfahren hat die Laserpulsabscheidung den großen Vorteil, dass das Substrat nur auf maximal 550 °C erwärmt werden muss. Das schont die Werkzeuge, die bei höheren Temperaturen Schaden nehmen würden. Außerdem ist eine Vorbehandlung der Substrate nicht zwingend notwendig.

Absolvent Hagen Grüttner war der erste, der sich am Laserinstitut Hochschule Mittweida mit der Herstellung von Diamantschichten beschäftigte. Somit war der erste Schritt, eine PLD-Anlage für diese Anwendung zu konstruieren und aufzubauen. Dies könnt ihr am Anfang des Videos sehen. Des Weiteren wird gezeigt, wie am Steuerrechner die Achsen programmiert werden, die den Laserstrahl über das Target lenken. Schließlich seht ihr, wie der Laserstrahl auf das Target trifft. Es bildet sich ein hochdichtes Plasma, welches sich explosionsartig ausdehnt. Die abgetragenen Kohlenstoff-Teilchen bilden eine bis zu mehrere µm dicke Diamantschicht auf dem Substrat.

Am Laserinstitut Hochschule Mittweida forschen zahlreiche Absolventen wie Hagen Grüttner nach ihrem Studium zum Beispiel in den Bereichen Mikro-/Nanotechnologie, Hochrate-Laserbearbeitung oder Beschichtung. Informationen zum Bachelor- und Masterstudiengang Lasertechnik findet ihr unter www.lasertechnik-studieren.de oder im Bachelor der Woche.

Rika Fleck1.  Was denken Sie, warum haben die Studenten Sie nominiert?

Ich denke es gibt zwei Gründe. Der Erste ist, dass ich in der Lehre, die ungefähr 40 Prozent meines Arbeitsvolumens ausmacht, innovative Lehrformen ausprobiere. Ich habe zum Beispiel ein kleines Lehrmodul über Bildgestaltung programmiert, welches die Studierenden in einer bestimmten Zeit absolvieren müssen. Anschließend beginnt automatisch eine Wissensüberprüfung. Dann habe ich die Technikbelehrung, soweit das möglich ist, in den Onlinebereich verlagert. Hier findet ein anschließender Test statt. Ich denke, das sind Zukunftsschritte, vor denen wir uns nicht verschließen sollten. Das erkennen die Studierenden an.

Der zweite Grund ist, dass ich in der anderen Zeit Fernsehprojekte mit den Studierenden umsetze. Das machen wir in kleineren Teams. Dadurch ist die Zusammenarbeit intensiver. Man lernt sich besser kennen, kann sich aufeinander verlassen und zieht an einem Strang. Ich bin auch nicht der Typ, der sich mit Zeigefinger vor die Studierenden stellt und erklärt, sondern kommuniziere auf Augenhöhe – eher freundschaftlich.

Vorlesung zur KinderUni

Vorlesung zur KinderUni

2. Was unterscheidet Ihren Unterricht von anderen Vorlesungen?

Ich habe den Vorteil, dass ich die Seminare und Praktika zum Unterricht der Professoren halte. Ich habe also immer einen stärkeren Praxisbezug. Dadurch wird der Unterricht schon von vornherein lockerer und es entsteht eine Mischung aus Vorlesung mit E-Learning-Anteilen und praktischer Projektarbeit mit Auswertung und Diskussion. Das wäre bei Vorlesungen so nicht machbar.

3. Welches Ihrer Forschungsthemen finden Sie am spannendsten? Können Sie uns mehr darüber erzählen?

Mein Forschungsschwerpunkt ist Lernen per Video. Das gibt es zwar schon alles irgendwie, aber fast immer in minderer Qualität und nicht auf unseren universitären Bildungsanspruch sowie unsere Bildungsstrukturen abgestimmt. In renommierten Universitäten in den USA forschen die Professoren hauptsächlich. Die Studenten eignen sich ihr Wissen aus Büchern, Filmen oder Onlineangeboten selbst an. Erst hinterher treffen sich Professor und Studierender zum wissenschaftlichen Gedankenaustausch. Ich glaube nicht, dass wir dieses Prinzip eins zu eins übernehmen können, aber ein Stück weit wird sich das auch bei uns so einspielen. Allein schon, weil wir immer weniger Zeit für viele Aktivitäten haben und zusehen müssen, wie wir möglichst viele Dinge, wie Arbeit, Lernen und Familie, parallel erledigen können.

Rika Fleck hinter der Kamera

Rika Fleck hinter der Kamera

4. Was haben Sie vor ihrer Tätigkeit als Dozent in Mittweida gemacht?

Ich habe von 1994 bis 1999 in Mittweida Medientechnik studiert. Parallel war ich schon als Fernsehautorin in Dresden unterwegs. 1999 bin ich beim MDR in der Politikredaktion eingestiegen und habe später als freie Mitarbeiterin auch für den damaligen ORB und NDR gearbeitet. Das habe ich bis 2004 gemacht. Damals hatte ich schon meinen Job an der Hochschule Mittweida. Irgendwann habe ich die Autorentätigkeit aufgegeben, weil ich mich immer halbieren musste – da leidet die Qualität.

5.  Inwieweit beeinflussen Ihre vorherigen Tätigkeiten Ihre Lehre an der Hochschule Mittweida?

Der Job als Fernsehautorin ist schon naheliegend und bietet gute Voraussetzungen für die Medienausbildung in Mittweida und da ich Medientechnik studiert habe, waren mir Kamera- und Schnitttechnik auch nicht fremd. Alles zusammen bin ich „der Generalist“, den wir hier ausbilden.

6. Bleibt bei Ihrem Einsatz für Forschung und Lehre noch Zeit für Hobbies, Freizeit und Familie?

Sehr wenig. Für die Familie nehme ich mir allerdings die Zeit. Mein Wochenende ist mir heilig. Hobbies und Sport bleiben aber definitiv auf der Strecke. Aber ich arbeite daran.

Dr. Alexander Horn, Professor für Physik und Lasermikrotechnologien

Dr. Alexander Horn, Professor für Physik und Lasermikrotechnologien

Die Entscheidung für die Stelle im ländlichen Mittweida fiel dem habilitierten Physiker leicht: „Die Professur hat inhaltlich sehr gut zu meinem persönlichen Profil gepasst. Zudem hat Mittweida in der Laserbranche einen hervorragenden Ruf und die Leute sind sehr nett. Die Kombination hat einfach gepasst.“

Er muss es ja wissen. Immerhin ist Professor Horn im Laufe seiner Karriere viel herum gekommen und arbeitete bereits in einigen bedeutenden Zentren der deutschen Laserforschung. Neben der RWTH Aachen, an der er promovierte und später habilitiert wurde, zählen dazu das Fraunhofer Institut für Lasertechnik in Aachen, das Laserzentrum Hannover sowie die Universitäten Göttingen und Kassel. Für ein viertel Jahr arbeitete er sogar im Rahmen eines Forschungsstipendiums an der Harvard University, welches er aus privaten Gründen jedoch leider abbrechen musste. Sein Ziel ist es nun „den Leuchtturm Mittweida weiterhin zum Leuchten zu bringen“, wie er augenzwinkernd erklärt.

Eine Wohnung in Hochschulnähe hat er dafür bereits bezogen. So kann er ohne Probleme jeden Mittag mit seinem Hund eine kleine Runde gehen. Eine andere Form der Entspannung findet der passionierte Klavierspieler beim Kochen, eine Leidenschaft, die sich erst während seines Studiums an der Universität Siegen entwickelte. Man könnte nun spekulieren, dass sich damit die Eindrücke seiner Jugendjahre zeigen, denn als Sohn deutscher Eltern in Mailand geboren, wuchs Alexander Horn bis zu seinem 17. Lebensjahr zweisprachig in der italienischen Metropole auf.

Neuer Forschungsschwerpunkt im Mittweidaer Laserinstitut

Die akademische Laufbahn schlug er allerdings erst später ein. Nach Abschluss der mittleren Reife absolvierte er bei der BASF eine Ausbildung zum Chemielaboranten. Es schlossen sich Grundwehrdienst und Hochschulreife über den zweiten Bildungsweg an, bevor Professor Horn sein Physikstudium beginnen konnte. Spätestens hier erwachte sein Interesse für die Lasertechnik, wobei der Hobby-Astronom, der für seine Aufnahmen auch schon mal Geräte selbst zusammenbaut, schon länger ein Faible für die Optik besaß.

An der Hochschule Mittweida wird Professor Horn zunächst Vorlesungen und Seminare zur Physik-Grundlagenausbildung sowie zu Mikro- und Nanotechnologien halten. Darüber hinaus möchte er auch einen neuen Forschungsschwerpunkt im Mittweidaer Laserinstitut etablieren: die organische Elektronik. Hierbei handelt es sich um elektronische Bauelemente, die auf Kunststoffen basieren und dadurch z.B. biegsame Schaltungen oder Displays ermöglichen. In diesem Bereich konnte Professor Horn bereits Erfahrungen sammeln. Im Einsatz von Lasertechnik bei der Herstellung bzw. der Bearbeitung solcher organischer Schaltkreise sieht er eine Menge Forschungs- und Entwicklungspotenzial.

Die Zukunft wird zeigen, wie diese Pläne und Vorstellungen umgesetzt werden können. Vielleicht nutzen wir in ein paar Jahren Displays und organische Solarzellen, die auf Lasertechnologien „Made in Mittweida“ basieren.