Nanotechnologie: výzkum, vývoj a využití

Nanověda je považována za klíčovou technologii 21. století. Aby však mohl plně rozvinout svůj potenciál, musí být nejprve transformován do nanotechnologie. Technologický institut v Karlsruhe (KIT) hraje na této cestě rozhodující roli: v klastru excelence "3D Designer Materials" se vize škálovatelných digitálních 3D aditivních výrobních technik stávají skutečností. Cílem vědců z KIT je výzkum a vývoj nových nástrojů a postupů pro tento účel a optimalizace rychlosti a rozlišení procesu.

V laboratoři Nanostructure Service Laboratory (NSL) se zkoumají především nejmenší struktury v rozmezí mikrometrů a submikrometrů. "Naši studenti a doktorandi při své výzkumné práci vyrábějí 3D sestavy z různých polymerů pomocí 3D tisku. Přitom zkoumají jejich povrch z hlediska drsnosti a dalších vlastností," vysvětluje profesor Dr. Gernot Goll, vedoucí NSL. "Tímto způsobem provádíme základní výzkum pro 3D optické komponenty, molekulárně funkční 3D scaffoldové struktury a mnoho dalších oblastí použití."

Poskytovánísprávných nástrojů Technologický institut v Karlsruhe (KIT), jehož součástí je NSL, je součástí strategie excelence spolkové vlády a vlád jednotlivých zemí v německém vysokém školství. Nachází se zde komplexní technologická infrastruktura pro výrobu a analýzu nanostruktur. Podporuje tak výzkumné pracovníky s různorodým portfoliem kompetencí z velmi odlišných oborů - například ve výše zmíněných 3D aditivních výrobních technikách nebo v oblasti kvantových informačních technologií, kde se intenzivně pracuje na vývoji qubitů, základních jednotek kvantového počítače. Výzkumní pracovníci zde mají přístup k nejmodernějšímu vybavení, s nímž lze vyvíjet a optimalizovat výrobní metody. Patří sem například litografy s elektronovým svazkem, skenovací elektronové mikroskopy nebo 3D tiskárny s vysokým rozlišením.

3D měření povrchu pomocí přístroje MarSurf CM explorer Jedním z nejnovějších přírůstků NSL je přístroj MarSurf CM explorer, který od konce roku 2020 rozšiřuje nabídku měřicích technologií v uživatelské laboratoři "Carl Zeiss Foundation 3D Additive Manufacturing User Lab", která je přidružená k NSL. S tímto konfokálním mikroskopem s vysokým rozlišením od společnosti Mahr lze měřit a analyzovat povrchy trojrozměrně - bezkontaktně, nezávisle na materiálu a rychle. Měřicí zařízeníposkytuje 3D hodnoty měření v několika funkčních krocích .

"Jiné pracovní skupiny nám mnohokrát doporučily průzkumníka CM," vysvětluje Goll. Proto kontaktovali výrobce Mahr a nechali si zařízení předvést na schůzce na místě. Christopher Wallmann, terénní prodejní inženýr společnosti Mahr, vysvětlil vědcům z Karlsruhe konfokální mikroskop a jeho mnoho funkcí. Podle Golla byl přístroj přesvědčivý zejména díky mnoha možnostem vyhodnocení analýzy.

Správné a reprodukovatelné měření Studenti a doktorandi nejprve dostanou instrukce o přístroji, aby jej pak mohli používat samostatně. Jak Goll zdůrazňuje, přístroj MarSurf CM explorer jednoznačně splňuje požadavky, které si laboratoř stanovila: s konfokálním mikroskopem je možné provádět měření jakýchkoli geometrií a povrchů nezávisle na materiálu, bez ohledu na to, zda jsou reflexní, absorpční, neprůhledné nebo průhledné. " Průzkumník MarSurf CM je zárukou vysoké rychlosti měření a má 16bitovou funkci HDR a funkci HD stitching, tj. pro trvale vysoké rozlišení i při velkých měřených plochách," vysvětluje Wallmann.

V Karlsruhe mezitím výzkum a realizace funkčních nanostruktur slibně pokročily. Díky svému nejmodernějšímu vybavení by KIT mohl dokonce z údolí Horního Rýna v okolí Karlsruhe vytvořit mezinárodně uznávané "Nano Valley", obdobu Silicon Valley. To je alespoň deklarovaný cíl, který si KIT stanovil v rámci iniciativy Excelence.

Typické měřicí úlohy průzkumníka MarSurf CM:

• Měření drsnosti podle ISO 4287 a ISO 13565 / ISO 25178
• Topografická měření (včetně měření objemu, opotřebení, tribologie)
• Obrys a tvar (2D, 3D)
• Analýza pórů a částic
• Analýza vad
• a mnoho dalšího