Kohlenstoffnanoröhren (engl. CNT) weisen besondere Materialeigenschaften auf, die signifikante Empfindlichkeitssteigerungen von Druck- und Kraftsensorik erlauben. Verschieden einstellbare Eigenschaften der CNTs sowie Konzipierung der Nanostrukturen erlauben sowohl piezoresistive und kapazitive Wirkprinzipien in einem breiten Größenspektrum, welches von miniaturisierten Nanosensoren bis hin zu großflächigen taktilen Sensoren reicht.
Durch kontinuierliche technologische Innovationen am Standort Chemnitz ist es heute möglich CNT-basierte Nanostrukturen und Sensoren mit skalierbaren Prozessen zu integrieren und im industriellen Maßstab nutzbar zu machen. Für die hier adressierten Anwendungen in der Kraft- und Drucksensorik, stehen umfangreiche Prozesse zur CVD-Synthese von CNTs bereit. Eine der Kernkompetenzen liegt in der Integration von CNT-Strukturen auf Substraten mit aplikationsspezifischem Unterbau bis hin zur Realisierung von komplexen heterogenen Technologien für Kombinationen mit MEMS- oder CMOS- Technologien. Im weiteren bietet das Fraunhofer ENAS eine innovative Lösung zur Integration von CNT-Schichten bei Raumtemperatur und erweiterten Kontaktierungsmöglichkeiten. Diese Technologie reduziert signifikant bestehende technologische Hürden bei der Integration und ermöglich auch Anwendungen in der flexiblen Sensorik mit erweiterter Funktionalität.
Beispiel für CNT-basierte Wandler
Für die genaue Prozessüberwachung von Zerspanungs- und Umformprozessen wurde ein neuartiger Kraftaufnehmer entwickelt. Dieser erlaubt eine hohe Steifigkeit der Sensorumgebung und ermöglicht so die Ermittlung der tatsächlich wirkenden Kräfte in Werkzeugen. Ziel ist es, Anlagenausfälle und Ausschussteile zu vermeiden. Das Sensorprinzip beruht auf einem Netzwerk vertikal angeordneter Kohlenstoffnanoröhren, dessen Struktur und damit der Widerstand durch Kompression veränderbar ist. Als Kennwerte sind eine Widerstandsänderung ΔR/R0 von ca. 18% / µm beziehungsweise eine Sensitivität von 45 mV/V im Messbrückenbetrieb zu nennen.