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 Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie