Nanotechnologia: badania, rozwój i wykorzystanie

Nanonauka jest uważana za kluczową technologię XXI wieku. Jednak, aby mogła rozwinąć swój pełny potencjał, musi najpierw zostać przekształcona w nanotechnologię. Instytut Technologii w Karlsruhe (KIT) odgrywa na tej drodze decydującą rolę: w klastrze doskonałości "Materiały do projektowania 3D" wizje skalowalnych, cyfrowych technik wytwarzania addytywnego 3D stają się rzeczywistością. Celem naukowców z KIT są badania i rozwój nowych narzędzi i procesów w tym celu oraz optymalizacja szybkości i rozdzielczości procesu.

W Laboratorium Obsługi Nanostruktur (NSL) badane są przede wszystkim najmniejsze układy w zakresie mikrometrów lub submikrometrów. "W swojej pracy badawczej nasi studenci i doktoranci wytwarzają trójwymiarowe zespoły z różnych polimerów za pomocą druku 3D. W procesie tym badają swoje powierzchnie pod względem chropowatości i innych cech - wyjaśnia prof. dr Gernot Goll, szef NSL. "W ten sposób prowadzimy badania podstawowe dla elementów optycznych 3D, molekularnie funkcjonalizowalnych struktur rusztowań 3D i wielu innych obszarów zastosowań."

Zapewnienieodpowiednich narzędzi Instytut Technologii w Karlsruhe (KIT), do którego należy NSL, jest częścią strategii doskonałości rządów federalnego i krajowego w niemieckim szkolnictwie wyższym. Znajduje się tam kompleksowa infrastruktura technologiczna do produkcji i analizy nanostruktur. W ten sposób wspiera naukowców o zróżnicowanym portfelu kompetencji z bardzo różnych dziedzin - na przykład we wspomnianych technikach wytwarzania addytywnego 3D czy w dziedzinie kwantowych technologii informacyjnych, gdzie intensywnie pracuje się nad rozwojem qubitów, czyli elementarnych jednostek komputera kwantowego. Naukowcy mają tu dostęp do najnowocześniejszych urządzeń, dzięki którym można opracować i zoptymalizować metody produkcji. Chodzi tu np. o litografy wiązki elektronów, skaningowe mikroskopy elektronowe czy drukarki 3D o wysokiej rozdzielczości.

Pomiar powierzchni 3D za pomocą urządzenia MarSurf CM explorer Jednym z najnowszych dodatków do NSL jest urządzenie MarSurf CM explorer, które od końca 2020 roku poszerza zakres technologii pomiarowych w "Carl Zeiss Foundation 3D Additive Manufacturing User Lab", afiliowanym przy NSL. Dzięki temu mikroskopowi konfokalnemu o wysokiej rozdzielczości firmy Mahr można mierzyć i analizować powierzchnie w trzech wymiarach - bezdotykowo, niezależnie od materiału i szybko. Urządzenie pomiarowedostarcza wartości pomiarowe 3D w zaledwie kilku krokach funkcjonalnych .

"Inne grupy robocze wielokrotnie polecały nam eksploratora CM " - wyjaśnia Goll. W związku z tym skontaktowali się z producentem, firmą Mahr, i poprosili o zademonstrowanie urządzenia na miejscu. Christopher Wallmann, Field Sales Engineer w firmie Mahr, objaśnił badaczom z Karlsruhe mikroskop konfokalny i jego liczne funkcje. Według Goll urządzenie było szczególnie przekonujące ze względu na wiele opcji oceny analizy.

Pomiar prawidłowy i powtarzalny Studenci i doktoranci najpierw otrzymują instrukcję obsługi urządzenia, aby następnie móc je samodzielnie używać. Jak podkreśla Goll, eksplorator MarSurf CM wyraźnie spełnia wymagania, jakie postawiło sobie laboratorium: dzięki mikroskopowi konfokalnemu możliwe są niezależne od materiału pomiary wszelkich geometrii i warunków powierzchni, niezależnie od tego, czy są one odblaskowe, chłonne, nieprzezroczyste czy przezroczyste. " Eksplorator MarSurf CM oznacza wysoką szybkość pomiaru i posiada 16-bitową funkcję HDR, jak również funkcję zszywania HD, czyli dla stale wysokiej rozdzielczości nawet przy dużych powierzchniach pomiarowych" - wyjaśnia Wallmann.

Tymczasem w Karlsruhe badania i realizacja funkcjonalnych nanostruktur czynią obiecujące postępy. Dzięki najnowocześniejszemu wyposażeniu KIT może nawet udać się przekształcić Dolinę Górnego Renu wokół Karlsruhe w znaną na całym świecie "Nano Dolinę" analogicznie do Doliny Krzemowej. Przynajmniej taki jest deklarowany cel, który KIT postawił sobie w ramach Inicjatywy Doskonałości.

Typowe zadania pomiarowe eksploratora MarSurf CM:

• Pomiary chropowatości zgodnie z ISO 4287 & ISO 13565 / ISO 25178
• Pomiary topografii (w tym objętości, zużycia, trybologii)
• Kontur i kształt (2D, 3D)
• Analiza porów i cząstek
• Analiza wad
• i wiele innych