Miniaturisierte mechanische Wandler auf Nanodrahtbasis zur Erfassung der Oberflächenkraft

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sergej Fatikow
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509134333

Nanomaterial-Systeme revolutionieren weiterhin alle Facetten des Technologiesektors, von der Mikroelektronik bis hin zu biomimetischen Klebstoffen. Um die Verwendung von Nanosystemen weiter voranzutreiben, sind verbesserte Techniken zur Erfassung der Oberflächenkräfte essentiell. Bei dem derzeitigen Standardmessverfahren wird ein Mikro-Cantilever eines Rasterkraftmikroskops als miniaturisierter mechanischer Messumformer genutzt, welcher die einwirkenden Oberflächenkräfte in eine Verbiegung transformiert. Diese Verbiegung wird dann durch die Ablenkung eines optischen Strahls „ausgelesen“. Damit die Kraftempfindlichkeit und Vielseitigkeit des Rasterkraftmikroskops verbessert wird, muss die Verkleinerung des Messumformers in den nanoskopischen Bereich betrachtet werden. Hierzu kann der im Top-down-Verfahren hergestellte Mikro-Cantilever durch einen „Molekül-für-Molekül“ synthetisierten Nanodraht ersetzt werden. Die Biegung solcher eindimensionaler Nanostrukturen kann jedoch nicht durch die Ablenkung eines optischen Strahls erfasst werden, weshalb alternative Auslesestrategien erforderlich sind.Dieses Projekt hat zum Ziel Nanodraht-basierte miniaturisierte mechanische Messumformer mit dedizierten kolloidalen Nanopartikeln als Sensorelement zu entwickeln, herzustellen und ihre Anwendung zur Kraftmessung zu demonstrieren. Statische Biegungen sollen mit einem hochauflösenden optischen Mikroskop bestimmt werden, während dynamische Verbiegungen mit einem laser-basierten Vibrometer ausgelesen werden. Der hoch flexible Nanodraht in Kombination mit der idealen Geometrie des kolloidalen Nanopartikels lässt erwarten, dass der Sensor eine hervorragende Kraftempfindlichkeit besitzt, präzise definierbare und anpassbare Oberflächeninteraktion ermöglicht sowie vielseitig zur Charakterisierung geometrisch komplexer Oberflächen einsetzbar ist. Schließlich werden die neuartigen Messumformer zur Oberflächencharakterisierung von state-of-the-art, nicht-planaren, hierarchischen Nanostrukturen genutzt, die von unseren Kooperationspartnern zur Verfügung gestellt werden. Diese Tests sollen die erweiterte Funktionalität der Messumformer und korrespondierenden Auslesestrategie in Anwendungen, wo die konventionelle Rasterkraftmikroskopie unzureichend ist, deutlich machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen