Nanotecnología: investigar, desarrollar y hacerla utilizable

La nanociencia se considera una tecnología clave del siglo XXI. Sin embargo, para que desarrolle todo su potencial, primero debe transformarse en nanotecnología. El Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT ) desempeña un papel decisivo en este camino: en el clúster de excelencia "Materiales de diseño 3D", las visiones de las técnicas de fabricación aditiva digital escalable en 3D se están haciendo realidad. El objetivo de los científicos del KIT es investigar y desarrollar nuevas herramientas y procesos para este fin y optimizar la velocidad y resolución del proceso.

En el Laboratorio de Servicios de Nanoestructuras (NSL ) se investigan principalmente las disposiciones más pequeñas en el rango del micrómetro o submicrométrico. "En su trabajo de investigación, nuestros estudiantes y doctorandos producen montajes en 3D a partir de diversos polímeros utilizando la impresión 3D. En el proceso, examinan sus superficies en términos de rugosidad y otras características", explica el profesor Dr. Gernot Goll, director del NSL. "De este modo, realizamos investigación básica para componentes ópticos 3D, estructuras de andamios 3D funcionalizables molecularmente y muchas otras áreas de aplicación".

Proporcionarlas herramientas adecuadas El Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT), que incluye el NSL, forma parte de la estrategia de excelencia de los gobiernos federal y estatal en la enseñanza superior alemana. Alberga una completa infraestructura tecnológica para la producción y el análisis de nanoestructuras. De este modo, apoya a los investigadores con una cartera diversa de competencias de campos muy diferentes -por ejemplo, en las técnicas de fabricación aditiva en 3D mencionadas anteriormente o en el campo de las tecnologías de la información cuántica, donde se está trabajando intensamente en el desarrollo de qubits, las unidades elementales de un ordenador cuántico. Los investigadores tienen aquí acceso a equipos de última generación con los que se pueden desarrollar y optimizar los métodos de producción. Entre ellos se encuentran, por ejemplo, los litógrafos de haz de electrones, los microscopios electrónicos de barrido o las impresoras 3D de alta resolución.

Medición 3D de superficies con el MarSurf CMexplorer Una de las últimas incorporaciones al NSL es el MarSurf CM explorer, que desde finales de 2020 amplía la gama de tecnología de medición en el "Carl Zeiss Foundation 3D Additive Manufacturing User Lab", afiliado al NSL. Con este microscopio confocal de alta resolución de Mahr se pueden medir y analizar superficies tridimensionales, sin contacto, independientemente del material y con rapidez. El dispositivo de mediciónproporciona valores de medición en 3D en unos pocos pasos funcionales .

"Otros grupos de trabajo nos habían recomendado muchas veces el explorador CM ", explica Goll. Por ello, se pusieron en contacto con el fabricante Mahr y les hicieron una demostración del dispositivo en una cita in situ. Christopher Wallmann, ingeniero de ventas de Mahr, explicó a los investigadores de Karlsruhe el microscopio confocal y sus múltiples funciones. Según Goll, el dispositivo convenció especialmente por las numerosas opciones de evaluación para el análisis.

Medir correctamente y de forma reproducible Los estudiantes y doctorandos reciben primero instrucciones sobre el dispositivo para poder utilizarlo de forma autónoma. Como subraya Goll, el explorador MarSurf CM cumple claramente los requisitos que el laboratorio se había impuesto: con el microscopio confocal es posible realizar mediciones independientes del material de cualquier geometría y condición de superficie, independientemente de que ésta sea reflectante, absorbente, opaca o transparente. "El explorador MarSurf CM es sinónimo de alta velocidad de medición y dispone de una función HDR de 16 bits, así como de una función de stitching HD, es decir, de una alta resolución constante incluso con grandes áreas de medición", explica Wallmann.

Mientras tanto, en Karlsruhe, la investigación y la realización de nanoestructuras funcionales están haciendo progresos prometedores. Con su equipamiento de última generación, el KIT podría llegar a convertir el valle del Alto Rin, en torno a Karlsruhe, en un "Nano Valley" de renombre internacional, en analogía con Silicon Valley. Al menos, ese es el objetivo declarado que el KIT se ha fijado en el marco de la Iniciativa de Excelencia.

Tareas típicas de medición del explorador MarSurf CM :

• Mediciones de rugosidad según ISO 4287 e ISO 13565 / ISO 25178
• Mediciones topográficas (incluyendo volumen, desgaste, tribología)
• Contorno y forma (2D, 3D)
• Análisis de poros y partículas
• Análisis de defectos
• y mucho más