Thermische Messtechnik im Nanobereich

Mit der Weiterentwicklung der Nanotechnologie ist es notwendig geworden, ein ganz neues Normenwerk und innovative Messtechnik zu entwickeln. Standardisierte Definitionen, Werkzeuge, Eichproben und Modelle für den Wärmetransport in nanostrukturierten Materialien werden den globalen Fortschritt unterstützen.

Industrielle Technologien

Nanomaterialien haben viele erstaunliche und exotische elektrische, mechanische, thermische, optische und magnetische Eigenschaften, die sich stark von denen derselben Materialien in kompakter Form unterscheiden. Das EU-finanzierte Projekt QUANTIHEAT (Quantitative scanning probe microscopy techniques for heat transfer management in nanomaterials and nanodevices) wird die Aufgabe der Entwicklung derzeit nicht vorhandener genormter messtechnischer Definitionen, Werkzeuge und Methoden in Angriff nehmen, um den Wärmetransport in nanostrukturierten Materialien zu quantifizieren. Das Team begann mit branchenspezifischen Probenmaterialien und der Katalogisierung der innerhalb des Konsortiums zur Verfügung stehenden thermischen Charakterisierungsverfahren und -methoden zur Multiskalenanalyse der Wärmeübertragung. Dieser Aufwand ermöglichte es den Wissenschaftlern, zu bestimmen, welche Mess- und Modellierungsverfahren am besten für die vorgegebenen Materialien geeignet sind. Eine kritische Betrachtung der derzeit verwendeten Definitionen und Terminologien wies auf das äußerst hohe Verwechslungspotenzial bei der Beschreibung der Ergebnisse der thermischen Rastermikroskopie (Scanning Thermal Microscopy, SThM) hin. Auch die kritische Notwendigkeit ausreichend charakterisierter Proben für Ringversuche wurde hervorgehoben. Empfehlungen wurden in Form eines vorläufigen Dokuments gegeben, das zu standardisierten Definitionen hinführen soll. Ein großer Teil der Arbeit dient speziell der Entwicklung neuer Messtechnikinstrumente einschließlich Kalibrierung, Referenz- und Testproben sowie von Modellen mit dem Schwerpunkt der industriellen Herstellungsverfahren. Industrieproben von Nanoprägelithografie-Dünnschichten, neuartigen nanostrukturierten Verbindungen auf Mikropartikelbasis und mit Atomlagenabscheidung erzeugten Materialien wurden hergestellt und bewertet. Die Resultate waren den Wissenschaftlern eine Hilfe bei der Bestimmung der thermischen Charakterisierungsverfahren, die erforderlich sind, um kritische Aspekte der Wärmeübertragung innerhalb der Fertigungsprozesse anzugehen. Die Forscher können außerdem bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung moderner Simulationsinstrumente und halbanalytischer Werkzeuge zur Untersuchung des thermischen Verhaltens in komplexen Materialien und an deren Grenzflächen verzeichnen. Parallel dazu haben die Forscher neue Mess- und Kalibriergeräte einschließlich experimenteller Sonden und Kombinationen aus thermischer Rastermikroskopie mit Rasterelektronenmikroskopie oder Infrarotradiometrie entwickelt. QUANTIHEAT ist auf dem besten Wege, eine ganz neue Gruppe von Messinstrumenten zur Untersuchung des Wärmetransports in nanostrukturierten Materialien bereitstellen zu können. Man reicht diese bei den europäischen und internationalen Normungsorganisationen ein, um internationale Kalibrierungsstandards und Modelle zu vereinbaren. Dieser unschätzbare Beitrag zum Gebiet der Nanomaterialien, das von entscheidender Bedeutung ist, wird außerdem die Wettbewerbsfähigkeit der EU-Hersteller erhöhen.

Schlüsselbegriffe

Thermo-, Wärme-, thermisch, Messtechnik, nano, Mikroskopie, Wärmeübertragung

QUANTItative scanning probe microscopy techniques for HEAT transfer management in nanomaterials and nanodevices.

Thermische Messtechnik im Nanobereich

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