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Mikro-, Nano-, Mesoperspektiven
9 Millionen Mark für Mikrotech-Forschungszentrum unter Führung von Ulm
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat die Einrichtung eines regionalen Zentrums auf dem Gebiet »Werkstoffe der Mikrotechnik (WMTech) - Herstellung, Verarbeitung und Anwendung« bewilligt. Bis 2005 soll das Projekt mit einer Gesamtsumme von rund 9 Mio. Mark gefördert werden. Unter den Kooperationspartern in vorderster Front stehen Wissenschaftler der Universität Ulm, unter ihnen zwei Leibniz-Preisträger; federführend ist die Abteilung Werkstoffe der Elektrotechnik (Leitung Prof. Dr. Hans-Jörg Fecht, Leibniz-Preis 1998). Die einzelnen Partner arbeiten derzeit in rund 20 Forschungs- und Entwicklungsprojekten mit etwa 50 Industriepartnern aus der Mikrotechnik zusammen.
Die Mikrotechnik befaßt sich mit Entwurf, Fertigung und Anwendung von Systemen, die sich nach Mikrometern und Submikrometern bemessen. In diesen Dimensionen sind die heute gängigen feinmechanischen Formgebungsverfahren praktisch nicht mehr anwendbar, neue Technologien und vor allem neue Werkstoffe dringend gefragt. Und da Technologien und Werkstoffe exakt an die jeweils unterschiedlichen Anforderungen ihrer Einsatzfelder angepaßt werden müssen, ist die Zisammenarbeit von Spezialisten verschiedener Technologiebereiche, darunter Mikromechanik, Mikroelektronik, Biotechnologien und vor allem Materialwissenschaften, erforderlich.
Lange Zeit war das zentrale Untersuchungsgebiet in der Materialforschung der ideale, fehlerstellenfreie oder nur schwach gestörte Kristall. Bei der technischen Anwendung speziell in der Mikrotechnik hat man es jedoch in der Regel weder mit idealkristallinen Ordnungen zu tun, noch befinden sich die oft hochkomplexen Materialien und Materialsysteme im thermodynamischen Gleichgewicht. In der Werkstofftechnologie die bekannten Materialgesetze der »Makrowelt« denen der »Mikrowelt«, den nanoskaligen und mesoskopischen Dimensionen anpassen, heißt in den meisten Fällen sie neu formulieren. Über die technischen Eigenschaften der Mikromaterialien weiß man aber bis heute nur wenig. Überdies kommen ständig neue Materialtypen auf den Markt, deren Eigenschaftsprofile mit denen der bekannten nur bedingt vergleichbar sind. Außerdem werden in mikrotechnischen Komponenten häufig Materialien sehr unterschiedlicher Natur - etwa Keramik, Halbleiter, Glas, Polymere - kombiniert.
Maßarbeit: die neuen Neuen
Auf dem Arbeitsprogramm der WM-Techniker stehen neben Analysen der gegenwärtig verwendeten die Entwicklung und Herstellung neuer Neuer Materialien: hochtemperaturbeständiger Werkstoffe für Komponenten in Automotoren, bioverträglicher organischer Materialien für Mikroimplantate und Analysegeräte, neuer Legierungen für Mikrosteckverbinder, »intelligenter« Materialien, die beispielsweise über ein eigenes Formgedächtnis verfügen, und mancher mehr. Ferner will man Fertigungs- und Bearbeitungstechniken verbessern - nanometergenau ätzen, Laser-schweißen, Mikrobauteile galvanisch beschichten - und schließlich aus den Meßdaten der Analysen theoretische Modelle ableiten, anhand derer die Designermaterialien ihren Einsatzbereichen entsprechend optimiert werden können.
Bewähren sollen sie sich dann auf vielen Gebieten. Chirurgen etwa setzen zunehmend auf miniaturisierte Werkzeuge, die exakt verarbeitet, mechanisch hochbelastbar und widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen (z.B. bei Sterilisation) und Reinigungsmittel sein müssen. »Intelligente« Werkzeuge sind gefragt, die sich beispielsweise punktuell beheizen lassen. Die Ophthalmologen wollen mikromechanisch die Elastizität der Augenhülle messen und träumen von der Entwicklung einer künstlichen Hornhaut.
In der Informationstechnik finden funkabfragbare Sensoren (z.B. zur Feuchtemessung oder zur Erfassung von Magnetfeldern bzw. elektrischen Strömen) aus ultrafeinen Schichtmaterialien bereits breite Anwendung. Ihr Potential - Einsätze bei Temperaturen bis nahezu 1000 Grad sind denkbar - wird allerdings wegen verschiedener Materialprobleme bislang nicht ausgeschöpft. Hier wird es unter anderem darum gehen, Verfahren und Geräte zur ständigen Überwachung der Schichtqualität während der Fertigung zu entwickeln. Nicht weniger spannend ist die Perspektive bei den Verbrennungsmotoren: spezielle Submikrometer-strukturierte Beschichtungen für Einspritzventile, die verhindern, daß sich Öl- und Kraftstoffrückstände am Ventil anlagern, sollen den Wirkungsgrad verbessern und Schadstoffemissionen reduzieren. Und schließlich wollen auch mikrotechnologische Geräte mit Energie versorgt sein - im Interesse der Flexibilität vorzugsweise ohne Steckdose. Damit der Miniaturisierungsvorteil nicht durch klobige Batteriepakete zunichte gemacht wird, müssen miniaturisierte Energieversorgungen her. Dazu braucht man neue Materialien mit hoher Energie- und Leistungsdichte sowie entsprechende Mikro-Beschichtungtsechniken.
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Elektrotechnik, Energie, Ernährung / Gesundheit / Pflege, Informationstechnik, Medizin, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungsprojekte, Organisatorisches
Deutsch
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