Neue Materialien

Optische und nanokomposit-basierte Systeme

Seit einiger Zeit werden für mikro-elektro-mechanische Systeme (MEMS) und mikro-optoelektro-mechanische Systeme (MOEMS) neben klassischem Silizium verstärkt neuartige Materialien verwendet. Das Materialspektrum umfasst beispielsweise polymere Werkstoffe, Mikro- und Nanokomposite oder auch künstlich hergestellte photonische Kristalle. Am Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme fokussieren wir u.a. auf die Verwendung von Mikro- und Nanokompositen für die Entwicklung von sensorischen und aktorischen Mikrosystemen. Die Komposite setzen sich in der Regel aus einer Polymermatrix und (anorganischen) Füllstoffen, wie z. B. Mikro- und Nanopartikeln, zusammen. Dabei werden die Kompositeigenschaften durch die Merkmale der eingebrachten Mikro- und Nanostrukturen (wie Quanteneffekte, magnetische und elektrische Eigenschaften) direkt beeinflusst. Zudem können sich aus der Kombination Füllmaterial - Polymermatrix neue Perspektiven für die Herstellung und Anwendung solcher Systeme ergeben. Wir sind damit in der Lage, innovative Mikrosysteme mit vollkommen neuartigen Funktionen auszustatten und kostengünstig zu gestalten. Im Folgenden werden einige Beispiele von kürzlich am Fraunhofer ENAS realisierten kompositbasierten Systemen vorgestellt.

Feuchtesensoren

Die hergestellten neuartigen Komposit-Feuchtesensoren arbeiten nach dem kapazitiven Messprinzip. Die sensitiven Elemente bilden Keramikpartikel, die in Polymere eingebettet sind. Damit lassen sich die Vorteile von Bulk-Keramik- und Polymer-Sensoren kombinieren und Nachteile der klassischen Systeme minimieren.

Magnetkraft-/Positionssensoren

Unter Verwendung von magnetischen Kompositen wurden erste Sensorsysteme zur direkten Bestimmung von magnetischen Kräften oder der Position von magnetischen Markern (beispielsweise Permanentmagneten) entwickelt und hergestellt. Sie bilden eine kostengünstige robuste Alternative zu bekannten Messsystemen, wie beispielsweise optischen Sensoren oder Hall-Sensoren.

Quantum Dot basierte Systeme

Halbleiter-Nanokristalle, sogenannte Quantum Dots, zeigen mehrere Vorteile im Vergleich zu organischen Lichtemittern. Dazu zählen beispielsweise eine ausgezeichnete chemische Stabilität und schmale Emissionsbanden. Darüber hinaus sind Quantum Dots sehr sensitiv gegenüber elektrischen Ladungen und Feldern, wodurch sie attraktive Kandidaten für Nanosensorik-Anwendungen sind.