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EMPA: Aus dem Empa-Forschungsprogramm «Nanotechnologie»: Kraftmikroskopie am Temperaturnullpunkt und Prägevorrichtungen für Fasern

Dübendorf (ots)

Eine wichtige Voraussetzung für erfolgreiche
Entwicklungen auf dem Gebiet der Nanotechnologie sind modernste 
Einrichtungen zur Analytik und Synthese auf der Nanometerskala. 
Deshalb erweitert die Empa laufend ihren hochwertigen Gerätepark, 
mit dem sich Materialien auf Mikro- und Nanoebene untersuchen und 
innovativ bearbeiten lassen. Hervorzuheben ist momentan der Bau 
eines Rasterkraftmikroskops, mit dem sich der atomare Aufbau von 
Oberflächenstrukturen identifizieren lässt, und die Entwicklung 
einer Prägevorrichtung, mit der die Oberflächen von einzelnen Fasern 
definiert strukturiert werden können.
In der Abteilung «Oberflächen, Beschichtungen, Magnetismus» von 
Prof. Dr. Hans Josef Hug entsteht auf der Grundlage eines von ihm an 
der Universität Basel entwickelten Gerätes ein neues 
Rasterkraftmikroskop (Scanning Force Microscope, SFM), das im 
Ultrahochvakuum (UHV) und bei tiefen Temperaturen, nur gerade wenige 
Grade über dem absoluten Nullpunkt (low temperature, LT), arbeitet. 
Mit einem ähnlichen Gerät wurde in Basel 2001 zum ersten Mal 
überhaupt die Kraft zwischen zwei einzelnen Atomen gemessen. Eine in 
einen mikrofabrizierten Federbalken integrierte Spitze wurde dazu 
über ein ausgewähltes Atom positioniert und danach an dieses 
angenähert. Die Kräfte, die durch die chemische Bindung zwischen dem 
vordersten Atom der Spitze und dem Probenatom verursacht werden, 
können gemessen werden. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die 
lokale chemische Reaktivität einer Oberfläche ziehen.
Das neue Scanning Force Microscope UHV-LTSFM, welches Physiker und 
Maschineningenieure an der Empa zusammen mit Basler Mitarbeitern von 
Prof. Hug entwerfen und bauen, wird dank ultrakleiner Federbalken 
noch viel empfindlicher sein als das 2001 entwickelte Gerät. Mit ihm 
können einzelne Moleküle z.B. nicht nur abgebildet werden, es wird 
vielmehr auch möglich sein, ihre Schwingungszustände zu beobachten 
und weitere für die Grundlagenforschung entscheidende Experimente 
durchzuführen. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen, um mit dem 
SFM Materie auf atomarem Massstab zu manipulieren und Nanostrukturen 
aus einzelnen Atomen oder Molekülen zusammen zu setzen.
Strukturierte Oberflächen verbessern Fasern und Textil
Die Eigenschaften von funktionalen Textilien basieren häufig auf der 
speziellen Oberflächenstruktur der verwendeten synthetischen Fasern. 
Dabei wird deren Oberfläche bereits auf der Spinnmaschine 
strukturiert. Aus technischen Gründen sind bis anhin 
Strukturierungen nur in Längsrichtung möglich. Ein St. Galler Empa- 
Team hat unter der Leitung von Marcel Halbeisen- zusammen mit dem 
Paul Scherrer Institut (PSI) - nun eine Apparatur entwickelt, mit 
der die Oberfläche von synthetischen Fasern auch in Querrichtung, 
momentan im Mikro- später auch im Nanometermassstab, strukturiert 
werden kann. Die Struktur wird auf die synthetische Faser geprägt, 
während ein raffiniertes System dafür sorgt, dass die Prägung 
praktisch die ganze Faseroberfläche bedeckt. Je nach Strukturierung 
lassen sich so bestimmte Farb- und Schimmereffekte erzeugen und 
Textilien entwickeln, die dank einer besonderen Kapillarstruktur 
viel Flüssigkeit aufnehmen, aber auch schnell trocknen. Mit dem 
Verfahren kann erreicht werden, dass Fasern dank guter 
Haftungseigenschaften Beton zu mehr Zugfestigkeit verhelfen. Andere 
Prägungen fördern das Zellwachstum oder ermöglichen dank Lotus- 
Effekt die Selbstreinigung von Materialien. Selbst für Hersteller 
von Markenartikeln ergäbe sich ein interessanter wirtschaftlicher 
Effekt: Eingewoben in ihre Textilien machen die Fasern ihre Produkte 
praktisch unkopierbar, d.h. gegenüber billigen Kopien eindeutig 
erkennbar.
Lehrgang «Master in Mikro- und Nanotechnologie»
Damit die Erkenntnisse aus Mikro- und Nanowissenschaften rasch 
umgesetzt werden können, engagiert sich die Empa in einem 
schlagkräftigen, grenzüberschreitenden Verbund für einen geeigneten 
Wissenstransfer. Zusammen mit Bildungseinrichtungen und Unternehmen 
aus der Privatwirtschaft setzt sie bei der Ausbildung an: Erstes 
Produkt des Mikro- und Nanotechnologie-Netzwerks MNT der Euregio 
Bodensee ist ein berufsbegleitender Studiengang mit Master- 
Abschluss. Der Startschuss für den ersten Durchgang fällt im Oktober 
2004. Mehr Informationen unter http://www.fhv.at/edu/ce/mnt/.
--------------------- Für inhaltliche Auskünfte:
Forschungsprogramm «Nanotechnologie»: Walter Muster, Tel. +41 44 823 
41 20, E-mail:  walter.muster@empa.ch
Mehr über den Inhalt des Forschungsprogramms erfahren Sie auf dem 
Internet http://www.empa.ch/nanotechnologie oder aus der 
englischsprachigen Broschüre «Materials Design in the Nanometer 
Range», die bei Rosemarie Lacher, Tel. +41 44 823 42 20, E-mail:  
rosemarie.lacher@empa.ch bestellt werden kann.
Redaktion:
Martina Peter, Abt. Kommunikation/Marketing, Tel. +41 44 823 49 87, 
E-mail:  martina.peter@empa.ch

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