Skip to main content
main-content

05.09.2019 | Mikrosystemtechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Klein, kleiner, am kleinsten

Autor:
Dieter Beste

Auf Grundlage der herausragenden mechanischen und leitenden Eigenschaften von Graphen gelang es einem in Schweden und Deutschland angesiedelten Wissenschaftlerteam, den nach eigenen Angaben kleinsten Beschleunigungssensor der Welt herzustellen.

Seit mehreren Jahrzenten sind mikroelektromechanische Systeme (MEMS) eine wichtige Grundlage für Innovationen der Sensorentwicklung. Nun wird mit den nanoelektromechanischen Systemen – kurz NEMS – die nächste Entwicklungsstufe erreicht. Dank seiner außergewöhnlichen mechanischen Festigkeit, der ultradünnen Schichtstruktur und der exzellenten Leitfähigkeit ist Graphen ein Material für eine Fülle von Anwendungen im Bereich der nanoelektromechanischen Systeme. Einem Forscherteam der Königlich Technischen Hochschule in Stockholm (KTH) und des Aachen Graphene & 2D Materials Centers – einem Konsortium der RWTH Aachen und der AMO GmbH – ist es jetzt gelungen, mit Hilfe von Graphen den kleinsten Beschleunigungssensor der Welt herzustellen, wie die Wissenschaftler in "Nature Electronics" berichten.

Empfehlung der Redaktion

2019 | OriginalPaper | Buchkapitel

Messtechnik und Sensorik

Messtechnik und Sensorik sind von grundlegender Bedeutung für die Mechatronik. Die Messtechnik liefert Messdaten für die Funktionsgrößen technischer Produkte, Systeme und Anlagen. Die Sensorik wandelt Funktionsgrößen in elektrische Signale um. Sie …

"Die Zukunft für sehr kleine Beschleunigungssensoren ist vielversprechend", ist Xuge Fan vom Institut für Micro- und Nanosysteme der KTH Stockholm überzeugt. "Solche Sensoren können bei Handys die Navigation verbessern, als Schrittzähler und in Mobile Games Anwendung finden sowie in Überwachungssystemen für Herz-Kreislauf-Erkrankungen eingesetzt werden. Des Weiteren könnten sie als Grundlage von Motion-Capture-Wearables dienen, mit denen kleinste Bewegungen des menschlichen Körpers erfasst werden, zählt Fan denkbare Anwendungen auf. Und: "Ebenso sind solche NEMS-Transducer als Basis für die Charakterisierung der mechanischen und elektromechanischen Eigenschaften von Graphen nutzbar."

Mit Graphen bezeichnet man eine dünne, zweidimensionale Kohlenstoffschicht, die aus nur einer Lage (Monolage), hexagonal miteinander verbundener Atome besteht. Graphen weist einige besondere physikalische Eigenschaften auf: Eine extrem große Ladungsträgermobilität, eine hohe optische Transparenz, ein chemisch inertes Verhalten, eine große mechanische Stabilität und eine verschwindend kleine Gaspermeabilität. Eine ideale, unendlich ausgedehnte Graphen-Schicht zeigt metallisches Verhalten. Unter besonderen Randbedingungen bildet sich eine elektronische Bandlücke mit halbleitenden Materialeigenschaften aus. Graphen gilt als eines der vielversprechendsten neuen elektronischen Materialien mit zahlreichen Anwendungen in der (Mikro-)Elektronik, Optoelektronik, Batterie- und Brennstoffzellentechnologie, um nur einige Bereiche zu nennen." Peter Wellmann, "Materialien der Elektronik und Energietechnik", Seite 161.

"Bereits in den letzten Jahren hat unsere Zusammenarbeit mit der KTH das Potenzial von Graphenmembranen für Druck- und Hall-Sensoren und für Mikrophone bewiesen" berichtet Max Lemme, Inhaber des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente der RWTH Aachen und Geschäftsführer der AMO GmbH. Nun werde das Anwendungsspektrum durch Beschleunigungssensoren ergänzt. "Das stimmt mich optimistisch, das Material könnte in einigen Jahren zur Marktreife gelangen." Bis dahin ist es noch ein steiniger Weg. Die Forschung an Graphen und an zweidimensionalen Materialien sei durch die iterative Rückkopplung von Grundlagen- und angewandter Forschung gekennzeichnet, charakterisiert Lemme den gegenwärtigen Entwicklungsstand. Unter anderem müssten industriekompatible Herstellungs- und Integrationsmethoden entwickelt werden. Dem vorausgreifend versuchen Lemme und sein Team mit dem Aachen Graphene & 2D Materials Center die erst jüngst in Graphen entdeckten Materialeigenschaften unmittelbar in Anwendungen umzusetzen – denn "das ist es, was unsere Arbeit so spannend macht."

Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

Das könnte Sie auch interessieren

Premium Partner

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen. 

    Bildnachweise