nanett - Kompetenznetzwerk für Nanosystemintegration: Anwendung von Nanotechnologien für energieeffiziente Sensorsysteme - Chemnitz

Die Spitzenforschung-und-Innovation-Initiative

Die Nanotechnologie wird in zahlreichen Studien als die Zukunftstechnologie der kommenden Dekaden bezeichnet. Im Vergleich zu anderen technischen Revolutionen, die in der Frühphase oft unterschätzt wurden, werden die Erwartungen an die Nanotechnologie mit einem Marktvolumen im Bereich von Billionen Euro und einem enormen Potenzial für hochqualifizierte Beschäftigung konkret beziffert. Dies resultiert unter anderem aus dem sehr breiten potenziellen Anwendungsspektrum der Nanotechnologie, das sowohl große Chancen als auch eine große Herausforderung mit sich bringt: Forschung und Entwicklung im Bereich der Nanotechnologie sind geprägt von enormer Komplexität. Die dafür erforderlichen Kompetenzen und Ressourcen werden zukünftig nur durch einen Verbund von spezialisierten Partnern – ein Netzwerk – bereitgestellt werden können. Das Anliegen von nanett ist es, solch ein Netzwerk aufzubauen, welches der Wirtschaft als attraktiver, kompetenter und vielseitiger Entwicklungspartner im Bereich der Nanotechnologie, der Integrationstechnologie und der Systemintegration nachhaltig zur Verfügung steht.

Die Ziele

Die Möglichkeit, Intelligenz und neue Funktionalitäten zu miniaturisieren und in konventionelle oder neue Komponenten und Materialien zu integrieren, und damit so genannte Smart Systems zu schaffen, birgt großes Potenzial u.a. im Bereich der Sensortechnik. Durch hochentwickelte und miniaturisierte Sensoren können Informationen unterschiedlichster Art aus der unmittelbaren Umwelt gewonnen werden. Das wird zunehmend genutzt, um z.B. Produktions- oder Logistikprozesse intelligenter und effizienter zu steuern. Dabei sollen Mikro- und Nanosysteme eingesetzt werden, die autonom arbeiten und miteinander vernetzt sind.

Die Weiterentwicklung von Technologien zur Nutzung der Dimensionen im Nanometerbereich und die Entdeckung neuer physikalischer Phänomene auf der atomaren bzw. molekularen Ebene eröffnen zudem neue Anwendungsmöglichkeiten in der Biotechnologie, der Umweltüberwachung, der Messtechnik und vielen anderen Bereichen. nanett will diese neuen Möglichkeiten nutzen und Sensorsysteme durch die Anwendung von Nanotechnologien verbessern: Mithilfe der Nanotechnologie soll der Funktionsumfang der Sensorsysteme erhöht, die Energieeffizienz verbessert und die Baugröße verringert werden; zudem sollen die Herstellungskosten reduziert werden.

Die thematischen Schwerpunkte

  • Prozesse und Technologien zur Abscheidung, Strukturierung und Charakterisierung von nanoskaligen Materialsystemen
    Das Themenfeld zielt auf die Nutzbarmachung von neuen, nanostrukturierten Spintronik-Strukturen für die magnetische Sensorik. Dies ermöglicht, Magnetfelder und deren Änderungen in allen drei Raumrichtungen hochempfindlich und schnell zu messen.
  • Integrationstechnologien, Energiemanagement und Vernetzungsstrategien für autonome Sensorknoten
    Autonome Sensorknoten, in denen Informationen gebündelt und weitergeleitet werden, müssen extrem leistungsfähig, zuverlässig und robust sein. Gleichzeitig muss die Baugröße der Systeme möglichst gering und ein energieautarker und wartungsfreier Betrieb über mehrere Jahre gewährleistet sein. Gegenwärtig besteht eine Diskrepanz zwischen dem Leistungsbedarf und dem im Sensorknoten verfügbaren Leistungsbudget. Um dieses Problem zu beheben, müssen sowohl Konzepte für die Energiegewinnung und das Energiemanagement von Sensorknoten verbessert, als auch neue Vernetzungsstrategien der Sensorknoten erarbeitet werden.
  • Herstellung, Integration und Zuverlässigkeit von funktionalen Werkstoffen
    Das Themenfeld umfasst die Entwicklung von funktionalen Werkstoffen, deren Eigenschaften auf der Einbindung von Nanoeffekten in das Material (insbesondere Polymere) beruhen, sodass Sensorfunktionalitäten in den Werkstoff integriert werden können. Da der Überwachung von Belastungszuständen bei Leichtbaustrukturen eine besondere Bedeutung zukommt, sollen Sensorfunktionalitäten zunächst in Materialien des Strukturleichtbaus integriert werden. Ziel ist es zum einen, eine indikative Schicht zu entwickeln, die Belastungen an der Oberfläche eines Bauteils sichtbar macht. Zum anderen soll ein Detektionsmechanismus für Risse oder Brüche in Bauteilen implementiert werden. Dazu werden mit variablen Fluoreszenzfarbstoffen gefüllte Mikro- oder Nanoröhrchen eingebettet, die im Fall eines Bruches oder Risses eine bestimmte farbige Substanz freisetzen. Deren Farbstoffe können mit einfachen und großflächigen Untersuchungen detektiert werden und die Überschreitung von Belastungsgrenzwerten im Bauteil eindeutig nachweisen.

Die Partner

  • Technische Universität Chemnitz
  • Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme, Chemnitz
  • Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration, Berlin
  • Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung, Dresden
  • Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik, Frankfurt (Oder)
  • Hochschule Mittweida
  • Leibniz-Institut für Polymerforschung, Dresden
  • Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung, Potsdam
  • Helmholtz-Zentrum Berlin

Kontakt

Prof. Dr. Thomas Geßner
Sprecher des Kompetenznetzwerks nanett
Technische Universität Chemnitz
Zentrum für Mikrotechnologien
Reichenhainer Straße 77
09126 Chemnitz
Tel.: 0371 531-33130
Fax: 0371 531- 8-33130
E-Mail: nanett[at]tu-chemnitz.de
www.nanett.org