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Sonnenschutz für Wolkenkratzer

Architekturglas erhält Spezial-Beschichtung durch Sputtern im Vakuum

Bei der vakuumgestützten Dünnschichttechnologie entstehen hauchdünne Oberflächen mit ganz besonderen Eigenschaften. Mit ihr werden zum Beispiel Glasscheiben für Hochhäuser und Elektronik-Bauteile veredelt.

Riesige Glasfronten sind ein Merkmal moderner Hochhausarchitektur. Sie sollen viel Tageslicht bis in die Tiefe der Gebäude lassen. Trotzdem heizen sich die Räume auch bei Sonnenschein kaum auf. Eine Spezialbeschichtung der Scheiben lässt das Licht durch, blockt die energiereichen Strahlen und hemmt zugleich den Wärmeverlust bei tiefen Temperaturen.

Nanometerdünne Lagen

Die Schichten werden durch Sputtern (engl. „zerstäuben“) aufgebracht. Damit kann man die Trägermaterialien mit Schichten aus Metall, Oxiden, Nitriden und anderen Verbindungen versehen. Die Lagen sind mikro- oder sogar nanometerdünn. Für Sonnenschutz und Wärmedämmung auf Architekturglas werden unter anderem Zinnoxid, Gold, Silber und Kupfer verwendet. Andere Materialien ermöglichen die Herstellung ultradünner Flachbildschirme und Touchscreens.

Das Sputtern erfolgt in einer Vakuumkammer. Man platziert das Beschichtungsmaterial (Target) gegenüber dem Werkstück (Substrat), das beschichtet werden soll. Anschließend wird die Kammer evakuiert und ein inertes Gas – meistens Argon – eingeleitet. Gleichzeitig wird eine Spannung von mehreren hundert Volt angelegt.

Atombillard

Die hohe Spannung bewirkt, dass Argon-Ionen mir enormer Energie auf das Target prasseln. Wie aufeinandertreffende Billardkugeln lösen sie durch eine Stoßkaskade Atome aus dem Beschichtungsmaterial. Die freigesetzten Atome fliegen zum Substrat, wo sie wie der Wasserdampf auf dem Badezimmerspiegel als dünne Schicht kondensieren.

Durch zusätzlich eingesetzte Magnetfelder beim sogenannten Magnetron-Sputtern erreicht man einen schnelleren Materialabtrag am Target und kann den Prozess beschleunigen. Während des Sputterns herrscht in der Vakuumkammer ein Arbeitsdruck von höchstens 0,1 Millibar. So erreicht der „Materialdampf“ das Substrat ungebremst und ohne Verunreinigungen. Unter diesen Bedingungen entstehen hauchdünne, homogene und gleichzeitig extrem glatte, dichte und festhaftende Schichten – selbst auf meterhohen Glasscheiben.
Wie hoch können Wolkenkratzer werden?

Das derzeit höchste Gebäude der Welt, der 2010 eröffnete Burj Khalifa in Dubai, hat eine Gesamthöhe von 830 Metern und verfügt über 163 nutzbare Stockwerke. Doch es geht noch höher: An der Westküste Saudi-Arabiens entsteht bei Dschidda der Jeddah Tower. Das gigantische Bauprojekt soll bei Fertigstellung 1007 Meter hoch in den Himmel ragen. Die Eröffnung ist für 2020 geplant.

Aus technischer Sicht könnte man Wolkenkratzer mit einer Höhe zwischen 1,5 und 2 Kilometern bauen. Allerdings müsste das gesamte Gefüge die Konstruktion tragen – als Gebäude wäre er kaum nutzbar. Mit der Entwicklung neuer künstlicher Baumaterialien ließe sich die Obergrenze vermutlich jedoch weiter verschieben.

Bis in den Himmel bauen will der Mensch übrigens schon seit Jahrtausenden. Ein Beispiel ist die Cheops-Pyramide in Ägypten, um 2500 v. Chr. entstanden und einst 146 Meter hoch. In Italien errichtete man im Mittelalter in Bologna und San Gimignano schlanke Türme, die bereits bis zu 97 Meter in den Himmel ragten. Als Wolkenkratzer gelten Hochhäuser mit mehr als 150 Meter Höhe. Der weltweit erste Wolkenkratzer, das 187 Meter hohe Singer Building, wurde 1908 in New York fertiggestellt.