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Rubrik: News |
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TRANSDUCERS’07 & EUROSENSORS XXI Erfolgreich mit Nano-Sensoren | |
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(cm) Signalwandlung ist der grundlegende Prozess hinter dem Begriff „Transducer“. Sensoren einerseits wandeln Messgrössen aus der physikalischen, chemischen oder biologischen Umwelt in elektrische Signale, Aktoren andererseits elektrische Signale in Informationen um, die für den Menschen wahrnehmbar sind. Typische Beispiele hierfür sind Kraft- und Drucksensoren oder Datenprojektoren, die aus unserem beruflichen Alltag nicht mehr wegzudenken sind. Mit den neuesten Ergebnissen aus Forschung und Entwicklung für Mikrosensoren, Mikroaktoren und allgemein Mikrosystemen befasst sich die international wichtigste Konferenz auf diesem Gebiet der Ingenieurwissenschaften, die „TRANSDUCERS“. Die diesjährige Ausgabe der Konferenz, die alle zwei Jahre in Asien, Amerika oder Europa organisiert wird, fand vor kurzem in Lyon in Frankreich zusammen mit der EUROSENSORS statt (1). Die ETH Zürich und die Kohlenstoff-Nano-Röhren Eine der stärksten Gruppen allgemein und die mit den meisten Beiträgen im Vergleich zu anderen Schweizer Forschungsgruppen bildeten dabei die Forscher um ETH-Professor Christofer Hierold vom Institut für Mikro- und Nanosysteme am Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik (D-MAVT). Dass alle sechs eingereichten Beiträge angenommen wurden, stellt zusammen mit der Einladung von Hierold zu einem Plenarvortrag zum Thema „Concepts for Carbon Nanotube Sensors“ einen beeindruckenden Leistungsausweis dar, da die Annahmequote der Konferenz bei den 1550 eingereichten Beiträgen bei nur 40 Prozent lag. Das von Hierold geleitete Kompetenzzentrum der ETH Zürich, die „Plattform für Mikro- und Nanowissenschaften“, war zudem mit fünf weiteren Beiträgen vertreten. Andreas Hierlemann, ETH-Professor am Departement Physik, präsentierte seine Forschungen über Mikrosysteme mit und für biologische Strukturen, wie beispielsweise Zellen und Neuronen sowie Beiträge über chemische und biochemische Sensorsysteme. Ebenfalls auf der Konferenz wurde die Zusammenarbeit der Forschungsgruppen um die ETH-Professoren Bradley Nelson und Dimos Poulikakos (beide D-MAVT) sowie um Urs Sennhauser von der Empa für die kontrollierte Bearbeitung von Kohlenstoff-Nano-Röhren für Nano-Lager in zukünftigen nano-elektromechanischen Systemen (NEMS) vorgestellt. Von Kohlenstoff-Nano-Röhren handelten vier Beiträge von Hierolds Gruppe sowie dessen Plenarvortrag. Ihr Interesse sei, diese makromolekularen Strukturen in Nanosysteme zu integrieren. Die herausragenden Eigenschaften der Kohlenstoff-Nano-Röhren sollen für Druck- und Kraft-, aber auch für Gassensoren nutzbar gemacht werden, so der Forscher. Die Kohlenstoff-Nano-Röhren werden seit 1991 weltweit intensiv erforscht. Will man deren aussergewöhnlichen mechanischen, elektronischen und thermischen Eigenschaften in Sensorsystemen und zukünftigen innovativen Produkten nutzen, müssen Verfahren entwickelt werden, die eine kontrollierte und kostengünstige Herstellung mit hoher Zuverlässigkeit ermöglichen. Dies sei nun Aufgabe der Forscher in den Ingenieurwissenschaften, meint Hierold. Ein viel versprechendes Verfahren sei, die Nanostrukturen durch selbst-organisierendes Wachstum zu integrieren. Der Wissenschaftler erläutert, dass damit die immens teuren herkömmlichen Lithographie-Prozesse der Planartechnik zur Herstellung kleinster funktionaler Nanostrukturen teilweise wegfallen könnten. Im Moment seien sie soweit, dass sie Kohlenstoff-Nano-Röhren gezielt in Mikrosysteme als nächst höherer hierarchischer Einheit (MEMS) integrieren können.
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Nicht nur für Medizin und Mikro/Nanoelektronik relevant Die bereits erzielten Fortschritte versprechen vielfältige Anwendungen, insbesondere im medizinischen Bereich, wo die nun mögliche Miniaturisierung von besonderem Vorteil ist. So sind laut Hierold die Messung von Druckverteilungen im Körper denkbar, oder Medikamenten-Transportsysteme könnten mit Platz sparender Sensorik ausgestattet werden. Für viele andere Anwendungsfelder ist auch von grosser Bedeutung, dass diese Strukturen mit äusserst geringer elektrischer Leistung betrieben werden können. Gassensoren für beispielweise Stickstoffdioxid mit einer Leistungsaufnahme im Bereich von wenigen Mikrowatt werden möglich - eine Voraussetzung für autonome Sensoren in weit verzweigten Sensornetzwerken. Grundsätzlich werden die Kohlenstoff-Nano-Röhren auch als funktionale Strukturen in den elektronischen Bauelementen der Technologiegenerationen nach Silizium-CMOS diskutiert. Die zusätzliche Miniaturisierung verspreche dabei wie immer in der Mikrotechnik eine grosse Kosteneinsparung. In zwei weiteren Arbeiten präsentierten Hierolds Doktoranden einerseits einen Sensor, der zur mechanischen Überwachung von orthopädischen Implantaten eingesetzt werden könnte. Das Sensorprinzip erlaubt die Messung von mechanischer Dehnung unter Vermeidung jeglicher Elektronik im Körper. Die Messgrösse kann mittels Ultraschall, der Auskunft über den Füllstand eines Kanals im Mikrobereich gibt, bestimmt werden. Dieses Projekt wird im Rahmen des Schweizer NCCR CoMe (2) in Zusammenarbeit mit der Gruppe um Urs Sennhauser, Empa, die ein neues Ultraschallverfahren entwickelt, bearbeitet. Andererseits hat das Institut auch einen Resonator aus polymeren Materialien entwickelt, der sich für Sensorsysteme in flüssigen oder gasförmigen Medien eignet. Christofer Hierold resümiert, dass die Konferenz für seine Gruppe, die hervorragend vom FIRSTlab, dem ETH-Reinraumlabor, unterstützt wird, aber auch für die Plattform für Mikro- und Nanowissenschaften an der ETH Zurich ein grosser Erfolg gewesen sei. Indiz dafür seien die vielen positiven Reaktionen. „Wir konnten erneut erfolgreich zeigen, dass die ETH Zürich auch im Bereich der Mikro- und Nanosystemtechnik zu den international höchst anerkannten Institutionen zählt.“ |
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Literaturhinweise:
Fussnoten:
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