Messung ultrakleiner Oberflächenkräfte im Vakuum

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sergej Fatikow
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403719155

Ein tiefgreifendes Verständnis der Adhäsionskräfte im Nanobereich ist für eine Vielzahl von Anwendungen wichtig, wie z. B. für die Handhabung von Partikeln und Bausteinen in der Mikro- und Nanomontage, für industrielle Reinigungsprozesse und für die gezielte Medikamentenverabreichung.Die Rasterkraftmikroskopie mit kolloidalen Sonden, und weitere Messverfahren haben zu großen Fortschritten im Verständnis grundlegender adhäsiver Wechselwirkungen geführt und theoretische Überlegungen auf diesem Gebiet verifiziert. Die Kraftspektroskopie in der Umgebungsatmosphäre führt jedoch immer nur zu einer überlagerten Messung von van der Waals, elektrostatischen und kapillaren Effekten. Darüber hinaus sind Messungen mit kolloidalen Sonden unter 1 µm Durchmesser aufgrund der begrenzten Möglichkeiten, solche kleinen Sonden ohne einen komplizierten nasschemischen Prozess und ohne Einschränkungen bei der Geometrie- und Materialauswahl herzustellen, selten. Messungen in einem wässrigen Medium reduzieren die Kapillarkräfte, können aber gleichzeitig neue Kraftkomponenten einbringen und die chemische Umgebung verändern. Außerdem sind die in der Umgebung oder einem wässrigen Medium gewonnenen Daten auf Handhabungsprozesse im Rasterelektronenmikroskop nicht vollständig übertragbar, da sie den Einfluss des Elektronenstrahls und der Vakuumumgebung nicht berücksichtigen.Das Projekt verfolgt zwei Hauptziele: die direkte Untersuchung von van der Waals und elektrostatischen Wechselwirkungen ohne den Einfluss von Kapillarkräften und ohne den Einfluss eines wässrigen Mediums sowie die Untersuchung des Einflusses von elektronenstrahlinduzierten Effekten auf Adhäsion und Haftung in einem Rasterelektronenmikroskop. Weiterhin sollen die gängigen Adhäsionstheorien und Approximationen in einem Kraftbereich validiert werden, der normalerweise durch Kapillarkräfte und den Kontaktsprung des Cantilevers überlagert wird. Um diese Ziele zu erreichen, wird ein Kraftspektroskopieaufbau, der die aktuellen Auflösungsgrenzen unterschreitet, mit einem Rasterelektronenmikroskop/fokussierten Ionenstrahlinstrument kombiniert. Auf diese Weise werden systematische Untersuchungen der Adhäsionskräfte in der Vakuumkammer des Rasterelektronenmikroskop mit maßgeschneiderten Substraten und kolloidalen Sonden mit bisher unerreichter Vielfalt bezüglich Größe, Geometrie und Material realisierbar und ermöglichen ein tieferes Verständnis der Kapillarkräfte und Adhäsionswechselwirkungen im Allgemeinen sowie die Entwicklung neuer Handhabungsstrategien auf der Mikro- und Nanoskala.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen