Måling og analyse av nanostrukturerAnalyser – uunnværlig for effektiv nanoproduksjon I nanokosmos spiller det analytiske en sentral rolle. Det hittil mest brukte analysesystemet for høyeksplosjon, er elektronmikroskopi, som har et markedsvolum på ca. 1 milliard euro. Trenden beveger seg mer og mer mot skanning-elektronmikroskopet, som kan vise undersøkelsesobjektet nesten under miljøforhold. Denne modusen er spesielt gunstig for plast, olje, tekstiler, keramikk, maling etc. Det mest markante vekstområdet innen analyse, er AFM-systemene. De har allerede et globalt markedsvolum på 2 milliarder euro, og vil øke til 6 milliarder euro i 2010. AFM-teknologi – øynene til nanokosmos Muligheten for å analysere de grunnleggende forbindelsene til overflateprosesser på atomnivå ved hjelp av AFM-prosedyrer, har åpnet for nesten all eksisterende utvikling innen nanoteknologien. AFM-teknologiene kan sammenlignes med skannesystemet til en platespiller. En spiss berører overflaten linje for linje, og utfører en atomskanning. Den mottatte informasjonen kan f.eks. være distribusjonen av atomer eller distribusjon av et magnetfelt, et elektrisk felt, et lysfelt, temperatur eller elektriske overflatespenninger. SXM-teknologier anvendes i grunnforskning, i industriell forskning eller i produksjons- og kvalitetskontroll. SXM-applikasjoner har vært på markedet i 10 – 12 år – og oppfinnelsen ga Rohrer og Binning Nobelprisen i 1986. Alle korrelasjoner kjent i makroskopisektoren kan i hovedsak anvendes i nanoskopisektoren ved bruk av SXM-teknologi, samt for strukturering. Følgelig er de også egnet for nanoverktøy til generell bruk.
Metrologi i mikroområdet
Skannetunell-mikroskoper (STM) kan avbilde sorterte flate overflater. På grunn av denne justeringsmuligheten, er det mulig å telle hvert enkelt atom i en kjede. Hvis du kjenner atomavstanden, kan du definere en skala på atomnivå med et kalibreringsmateriale og bruke dette til måling. Denne utviklingen kan sammenlignes med innføringen av atomuret. I fremtiden vil derfor nanometeren bli like viktig for spesifikke data som mikrometeret er i dag. Hvis strukturene blir mindre og mindre, blir de internettbaserte kvalitetstestprosedyrene viktigere og viktigere - som de allerede er av sertifiseringsårsaker. I den nære fremtid vil derfor naninivået være nøyaktighetsstandarden for materialanalysen og kontrollen hhv. etablering av dette for materialprosessen. I henhold til dagens standarder, er det ikke mulig å kvantifisere det indirekte markedspotensialet gjennom disse kvalitetsstyringsmulighetene. Lysmikroskopi med nm-oppløsning overgår de tradisjonelle fysiske begrensningene Metoden for nærfeltsoptikk gjør det mulig å illustrere klassifiserte og uklassifiserte strukturer under 200 nm og opp til 30 nm. Oppløsningen i konvensjonelle lysmikroskoper begrenses av optisk avbøyninger. Det er imidlertid mulig å slå av disse ved å føre lyskilden svært nær undersøkelsesobjektet. Av denne årsak er det de siste årene gjort en basisutvikling i Sveits og USA. På verdensbasis finnes det i dag bare noen få selskaper som tilbyr nærfeltsmikroskoputstyr, selv om det er med lavere lateral oppløsning. Det ligger en betydelig fremtidsverdi til nærfeltsoptikken i mikroskopimarkedet. Spesielt biologer/leger er interessert i slike apparater. Hvis den høye midlertidige oppløsningen kombineres med den ekstreme spesielle oppløsningen som er mulig med metodene med femtosekundteknologi, frekommer det flere fordeler ved beskrivelsen av enkle organiske molekyler, biologiske makromolekyler eller tynnere lag. Struktur-/effektforhold og toksisitetsanalyse Generelt observeres det mange analytiske spørsmål når det gjelder nanoteknologisk relevante emner innen bransjene medisin/farmasi/biologi. Essensielle elementer fokuserer på analysen av klebende flater og effekten av disse når det gjelder allergi hos enkeltmennesker (struktur-/effektreaksjon til klebende, f.eks. gips på hudlag), analyse av prosessene innen farmasøytisk og kjemisk syntese, samt betegnelsen av forskjellige aktive midler (inkl. kosmetikk). Eksperter legger stor vekt på toksisitetsanalysen (f.eks. av nanopartikler), tilsynelatende for på et tidlig tidspunkt å anslå mulige barrierer eller til og med slutten på et planlagt produktutviklingsprosjekt. Kampen mot rust Industrilandene har årlige økonomiske tap på 4 % av bruttonasjonalproduktet på grunn av friksjon, svinn og korrosjon. Bare i Tyskland (BNP 1996: 1,8 trillioner euro) er tapet på ca. 70 milliarder euro. Korrosjon fra lokal gravrust eller spaltningskorrosjon utgjør et enormt problem når det gjelder den langsiktige stabiliteten i konstruksjoner som er forsterket med armeringsstål, maskiner som brukes i aggressive miljøer, rørledninger for reaktive produkter samt bildeler. Uansett hvordan materialer skades eller ødelegges av til og med misforståtte prosesser, vil man kunne få informasjon om årsaken og hvordan situasjonen kunne vært forhindret, ved bruk av analytisk observasjon på atomnivå. Materialer oppfører seg ulikt avhengig av miljøet og atmosfæren. AFM-prosedyrer og elektronmikroskopi åpner for granskningsmuligheter på nm-nivået for å dekode årsakene til lokale korrosjonsangrep: Medisin/Farmasi/Biologi • Undersøkelse av limprosedyre Kjemi / materialstyring • Korrosjonsforskning Elektronikk / Informasjonsteknologi • Strukturanalyse Bilproduksjon / -konstruksjon • Friksjonsanalyse Bransjeomfattende • Allsidig prosess- og kvalitetskontroll (for lag, partikler, strukturer, funksjoner) Åpning av nye markedsmuligheter med materialer på nanonivå (nanopartikler) Ørsmå molekyler på bare noen få opp til flere hundrede atomer og molekyler kalles"nanopartikler". Disse utviser tydelig forandrede egenskaper sammenlignet med hvordan de oppfører seg i større fast form. Slike partikler brukes f.eks. innen kjemi i form av pigmenter for fargeeffekter, kosmetikk, videobånd med fulle nye funksjonelle egenskaper eller som UV-beskyttelsespreparater (som inneholder ca. 20 nm store titanoksidpartikler resp. stoffer med organisk lysfilter). For denne produksjonssektoren vil en lang rekke basisråstoffer tildeles en industriell betydning. En innovativ tilnærmingsmåte viser her sol-gel-teknologien.
Flere anordninger basert på allsidige nanopartikler Ved å bruke nanopulver, kan vi skape makroskopiske moduler med store indre overflater. Dette er aktuelt for batterier og brenselsceller, katalyse- og elektrolysereaktorer eller til gassoppbevaring. Beregninger viser at el-biler utstyrt med brenselsceller og egnede tanker kan kjøre opp til 8000 km. En fordel med nanopartiklene er den høye sintringsevnen, slik at det er mulig å lage superplastiske deformerbare keramiske stoffer (f.eks. for membraner, som spiller en viktig rolle innen sirkulasjon, i vannrensing eller i øldialyse) ved lave temperaturer. Med nanopartikler får man nye måter å produsere glass på ved bruk av pulver. Dermed kan det produseres kompliserte komponenter, noe som ikke kan utføres med konvensjonell glassproduksjon. Ved direkte justering av den fine strukturen i materialet, spesielt når det gjelder bilindustrien, kan man få mer bærekraftige motorer og rammekomponenter med lavere vekt. Potensialet til disse partiklene begynner med produksjon av innovative farger eller resirkulerbare bildeler. I tillegg til å tildele nanoene katalytiske og optiske egenskaper, er materialdesign og strukturering rettet mot bl.a. bilbransjen, hvor det foregår utvikling av antikorrosjonsmidler for lagre og bærestrukturer, økt levetid og smøremiddelbeskyttelse i lagre og glideelementer ved hjelp av beskyttende lag mot materialtap og strukturer, samt produksjon av feltemitteropplegg for bruk i tenningssystemer og elektrofiltre. Nanopartikler kan i fremtiden brukes til keramiske bildeler, partikkelforsterket plast eller til vibrasjonsdemping (f.eks. av magnetiske nanovæsker) Det estimeres at nanopartikkelmarkedet i 2010 allerede vil omsette for ca. 30 milliarder euro. Selvorganisering som nytt produksjonsprinsipp Selvorganiseringen av elementkomponenter kan også bidra til en ny produksjonsperiode. For det 21. århundre spår vitenskapsfolk at produksjonsanleggene, dvs. materialer, instrumenter og til og med maskiner, kan montere seg selv. Fundamentet består av en prosess hvor tilfeldige "stand-by"-atomer, -molekyler og -molekylforbindelser eller enda større elementer monterer seg selv i velsorterte enheter. Mennesket er kun nødvendig for å starte eller avbryte prosessen. Ellers går produksjonen i henhold til forhåndsprogrammerte regler som tidligere er programmert inn i elementene. J.-M. Lehn fikk Nobelprisen i kjemi i 1987 for grunnbeskrivelsen av denne selvorganiseringsprosessen. Selvorganiseringsprosessen er et grunnprinsipp i naturen. I dag fungerer den i kolben på samme måte som den kodede sammensetningen av dagens livsformer fra de elementære underenhetene. Ikke bare er det mulig med produksjon av innovative materialer, men den forhindrer også feil og utgifter som er forbundet med den menneskelige naturen. . Og det vil medføre nye arbeidsplasser innen mange produktområder. Skreddersydde molekyler for fremtidskjemien Den kjemiske industrien ser fremtidige muligheter innen forskning av grunnleggende spørsmål vedrørende funksjonelle supramolekylsystemer, molekyloverflater og clustere. Selvorganisering brukes som en et nytt konstruksjonsprinsipp. Systemer med definerte former og størrelser samt tilpasset ordnet funksjonelle understrukturer er f.eks. av økonomisk viktighet for implementeringen av legemidler, produksjonen av dispergeringsfarger, optimeringen av katalysatorer eller i lim- spraymalings- og smøreprosesser. Leger og farmasøyter har helt nye behandlingsformer innen helsevesenet i tankene, der de planlegger å bruke medisiner som inneholder partikler i nanostørrelse. Medisin/Farmasi/Biologi • Forskning på aktive stoffer Presisjonsmekanikk / Optikk / Analyser • Friksjonsfrie lager Kjemi / materialstyring • Produksjon av nanopartikler (kolloider, pigmenter, dispersjoner, pudder, krystallitter, emulsjoner, clustere, fullerenes…) Elektronikk / Informasjonsteknologi • Fotovoltceller Bilproduksjon / -konstruksjon • Keramiske motordeler Bransjeomfattende • Katalysatorer med forstørret overflate |
















Metrologi i mikroområdet