Mit der Bedeutung der Nanotechnologie wächst auch der Bedarf an genauen Messungen kleiner Kräfte. Ein neu entwickelter Nanokraftsensor ist durch die geschickte Anordnung verschiedener Bauelemente gleichzeitig Aktor und Sensor.
Der in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) entwickelte Nanokraftsensor kann kleinste Kräfte bis in den Nanonewton-Bereich hinein messen und parallel dazu Auslenkungen bis in den Newtonmeter-Bereich erfassen. Weil er lithografisch relativ einfach hergestellt werden kann, lässt er sich zudem kostengünstig produzieren.
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 Kombination unterschiedlicher Sensoren in einem Messinstrument macht das Gerät zu einem Nanokraftaktor und gleichzeitig -sensor mit hoher Genauigkeit und gleichzeitig höchster Auflösung von Kraft und Weg. Auf das Kraftmessgerät wurde ein europäisches Patent angemeldet.
Nähere Informationen zu dem Sensor und weiteren Technologien der PTB gibt es auf der diesjährigen Control vom 14. bis 17. Mai in Stuttgart, in Halle 1 auf Stand 1313.
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