Diamant! Der neue Freund der Sensoren

Können ultradünne Diamantschichten die Funktionalität von Sensoren, die weltweit und millionenfach in Autos, Smartphones und Haushaltselektronik verwendet werden, deutlich verbessern? Antworten darauf suchte ein Innovationsforum und fand sie auf einer Tagung in Erfurt.

„Diamonds are a girl‘s best friend!“, hauchte Marylin Monroe einst in dem Hollywood-Klassiker „Blondinen bevorzugt”. Und meinte damit natürlich brillant geschliffene Edelsteine, deren funkelnder Glanz uns bis heute ein verzücktes Staunen auf das Gesicht zaubert.

Thomas Ortlepp schmunzelt bei dieser Beschreibung. Der Leiter des CiS-Forschungsinstituts für Mikrosensorik in Erfurt stellt klar: „Naturdiamanten sind phänomenal, aber nicht unser Thema. Wir zerbrechen uns den Kopf, ob und wie synthetisch hergestellte Diamanten helfen können, aktuelle Technologieprobleme bei Unternehmen zu lösen.“ Viele dieser Fragen kämen zum Beispiel von namhaften Sensorherstellern, unterstreicht der Initiator des Innovationsforums „Smart Diamonds“.

Wie Diamanten helfen können, aktuelle Technologieprobleme zu lösen, diskutieren die Teilnehmer des Innovationsforums „Smart Diamonds“. (Foto: PRpetuum GmbH)
Wie Diamanten helfen können, aktuelle Technologieprobleme zu lösen, diskutieren die Teilnehmer des Innovationsforums „Smart Diamonds“.
Foto: PRpetuum GmbH

 

Eigentlich nur Kohlenstoff

Chemisch betrachtet besteht ein Naturdiamant aus Kohlenstoff. Allerdings mit einem Clou: Erst die einmalige Dichte des Kristallgitters macht aus dieser Art von Kohlenstoff das härteste Naturmaterial auf der Welt. Naturdiamanten kommen für die Nutzung im industriellen Bereich aus Kostengründen aber nicht in Frage.

So war die Erfindung eines Verfahrens zur Herstellung künstlicher, also synthetischer Diamanten, nur eine Frage der Zeit. Im Februar 1953 war es soweit – in Schweden presste man Graphit mit einem Druck von bis zu 60.000 bar und mit einer Temperatur von über 1.500 Grad Celsius in einer hydraulischen Anlage zu Diamant. Als verarbeitungsfähiges Endprodukt für die Industrie werden überwiegend kleine Diamantpartikel verwendet.

Thüringen ist „Sensorland“

Jeder Dritte, in der Bundesrepublik verbaute Sensor, wird in Thüringen produziert. Rund 30 Unternehmen aus dem Freistaat bezeichnen sich selbst als Weltmarktführer in einem bestimmten Produktportfolio an Sensoren. Diese schlagen im Auto Alarm, wenn der Abstand zu gering wird. Sie signalisieren Anlagen, wenn definierte Temperaturen nicht mehr stimmen. Sie verschaffen sich Luft, wenn der notwendige Druck in Ventilen nicht so ist, wie er sein sollte. Thomas Ortlepp hat inzwischen ein besonderes Gespür für die mittelständischen Unternehmen entwickelt: „Besonders der Einsatz neuer Materialien und die rasante Digitalisierung im Maschinen- und Anlagenbau lässt vielen KMU-Ingenieuren nicht mehr ausreichend Zeit für eigene Forschung. Mit dem Know-how des CiS füllen wir oft diese Lücke.“

Diamant auf der Roadmap der Industrie?

Diese Frage diskutieren leitende Mitarbeiter unter anderem von der X-Fab Semiconducters Foundries AG, der Jenoptik AG und der OSRAM Opto Semiconducters GmbH. Hier steht zum Beispiel die Integration synthetischer Diamantschichten in der Wafer- beziehungsweise Lasertechnologie auf der Tagesordnung. Könnte also der Einsatz dieser Schichten beispielsweise bei der H2-Betankung die Schädigung einer notwendigen Membran durch diffundierenden Wasserstoff verhindern? Kann diese Diamantschicht künftig das Monitoring in der medizinischen Strahlentherapie verbessern? Verlängert sie die Lebensdauer von Sensoren bei der Abgasbehandlung von Verbrennungsmotoren sowie die Einsatzdauer moderner LEDs durch zielgerichtete Wärmeableitung?

Leuchtturmprojekte sind definiert

Thomas Ortlepp mag es konkret: „Nach der halbjährigen Arbeitsphase von Smart Diamonds bleiben nicht nur Sitzungsprotokolle. Wir haben mehr als zehn Projektskizzen für diese neue Technologieplattform definiert, an denen unser neues Netzwerk weiterarbeiten wird. Fünf davon haben durch ihren fortgeschrittenen Status Leuchtturmcharakter.“ In diesen geht es um die Beschichtung von Komponenten in Pumpen und Armaturen, um die chemische Beständigkeit von Drucksensoren, um den Einsatz von Elektroden in der Wasser- und Abwasseraufbereitung, um die Stabilisierung von LED-Lichtquellen und um die Verbesserung optischer Schichten auf verschiedenen Materialien. Und alles durch dünne Diamantschichten.

Weitere Informationen zum Innovationsforum Smart Diamonds