Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanosensor misst gleichzeitig Kraft und Weg

02.04.2013
PTB-Entwicklung misst hochgenau und rückführbar – Lizenzpartner gesucht

Mit der Bedeutung der Nanotechnologie wächst auch der Bedarf an genauen Messungen kleiner Kräfte. Ein in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) entwickelter Nanokraftsensor bietet hier mehrere Vorteile:


Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des Sensors
Abb.: PTB

Durch die geschickte Anordnung verschiedener Bauelemente ist er gleichzeitig Aktor und darin integrierter Sensor. So kann er kleinste Kräfte bis in den nN-Bereich hinein messen und parallel dazu Auslenkungen bis in den nm-Bereich erfassen. Weil er lithografisch relativ einfach hergestellt werden kann, lässt er sich kostengünstig produzieren. Der neue Sensor wird auf der Control, der internationalen Fachmesse für Qualitätssicherung vom 14. bis 17. Mai in Stuttgart, vorgestellt (Halle 1, Stand 1313).

Kleine Kräfte müssen beispielsweise gemessen werden, wenn es gilt, die Materialeigenschaften von biologischen Gewebeproben in der Medizin oder von neuen funktionalen Oberflächen beispielsweise für Konsumerprodukte zu erforschen. In diesen neuen Feldern von Forschung und Entwicklung kann der neue Sensor aus der PTB eingesetzt werden – aber auch zur Qualitätskontrolle der zunehmend in der Industrie eingesetzten Kunststoff-Mikroteile. Alle diese Oberflächen müssen durch taktile Verfahren dimensionell vermessen werden. Um das Messergebnis nicht zu verfälschen, sollten dabei die Antastkräfte möglichst klein sein. Eine Möglichkeit, Kräfte im Nanonewton-Bereich zerstörungsfrei, hochgenau und rückführbar zu messen, bieten Rasterkraftmikroskope. Dazu ist allerdings die genaue Kenntnis der Biegesteifigkeit der verwendeten Cantilever erforderlich. Sie lässt sich mit dem neuen Sensor aus der PTB sehr genau bestimmen. Darüber hinaus bietet der Sensor überall dort besondere Vorteile, wo es erforderlich ist, Kräfte und Wege gleichzeitig zu messen, etwa wenn parallel zur Eindringkraft auch die Eindringtiefe gemessen werden muss.

Die Entwicklung der PTB basiert auf einem mikroelektromechanischen System (MEMS), das aufgrund des lithografischen Herstellungsverfahrens einfach in großer Stückzahl hergestellt werden kann. Die zu messende Kraft wird über einen Schaft, an dem die Messspitze befestigt ist, auf ein kapazitives Messsystem übertragen. Mäanderförmige Federn, die am Substrat befestigt sind, halten diesen Schaft. Durch ihre spezielle Form wird eine kleine Federkonstante erreicht, sodass bei einer gegebenen zu messenden Kraft ein großer Weg zurückgelegt wird. Dadurch können kleine Kräfte bis zu 1 nN in einer linearen Dynamik bis zu 500 µN gemessen werden. Mit einem integrierten Faserinterferometer wird eine In-line-Kalibrierung der Schaftauslenkung ermöglicht.

Die Kombination der unterschiedlichen Sensoren in einem Messinstrument macht das Gerät zu einem Nanokraftaktor und gleichzeitig -sensor mit hoher Genauigkeit und gleichzeitig höchster Auflösung von Kraft und Weg. Die gleichzeitige Detektion von Kraft und Weg ermöglicht auch noch weitere, neue Anwendungen in Forschung und Entwicklung. Ein Funktionsmuster ist derzeit in der PTB im Einsatz. Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Nanokraftsensors soll zusammen mit der Industrie ein marktgängiges Produkt entwickelt werden. Auf das Kraftmessgerät wurde unter der Nummer EP 2 199 769 A2 ein europäisches Patent angemeldet.

Nähere Informationen zu dem Sensor und weiteren Technologien der PTB gibt es auf der diesjährigen Control in Halle 1 auf Stand 1313.
(es/ptb)

Ansprechpartner:
Dr. Uwe Brand, Arbeitsgruppe 5.11 Härte und taktile Antastverfahren,
Telefon (0531) 592-5111, E-Mail: uwe.brand@ptb.de
Andreas Barthel, Q.33 Technologietransfer, Telefon (0531) 592-8307,
E-Mail: andreas.barthel@ptb.de

Erika Schow | PTB
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de/de/aktuelles/archiv/presseinfos/pi2013/pitext/pi130402.html

Weitere Berichte zu: Control Forschung und Entwicklung Nanokraftsensor Nanosensor PTB Schaft Sensor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation
13.12.2017 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Einmal durchleuchtet – dreifacher Informationsgewinn
11.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rest-Spannung trotz Megabeben

13.12.2017 | Geowissenschaften

Computermodell weist den Weg zu effektiven Kombinationstherapien bei Darmkrebs

13.12.2017 | Medizin Gesundheit

Winzige Weltenbummler: In Arktis und Antarktis leben die gleichen Bakterien

13.12.2017 | Geowissenschaften