Metrology of electro-thermal coupling for new functional materials technology
Um den Energieverbrauch zu senken und die Effizienz und Verlässlichkeit von Industriezweigen wie der Fahrzeug-, Elektronik- und Prozessindustrie zu steigern, werden neue funktionale Materialien benötigt, die bei hohen Temperaturen von bis zu 1000 °C eingesetzt werden können. Beispiele hierfür sind die piezoelektrische Kraftstoffregulierung von Flugzeugmotoren oder die Hochtemperatursensorik und Integritätsüberwachung von Dampfkraftanlagen.
Ausgenutzt wird bei diesen neuen Technologien die starke Kopplung zwischen elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften der Materialien, die für Kühlung, Sensorik oder als Schaltfunktion angewendet werden kann. Derzeit ist der Einsatz dieser Materialien auf Temperaturen unter 200 °C begrenzt, weil sich für höhere Temperaturen die Materialeigenschaften verschlechtern. Neue Materialien, die bei höheren Temperaturen eingesetzt werden können, sind in der Entwicklung. Damit diese neuen Materialien und Bauteile effizient entwickelt und sie ausreichend charakterisiert, geprüft werden können und ihre Qualität sichergestellt werden kann, wird eine metrologische Infrastruktur gebraucht, mit der die elektrothermisch-mechanische Kopplung der Materialien in einem weiten Temperaturbereich bis 1000 °C und hohen elektrischen Feldern verlässlich, genau und rückführbar gemessen werden kann. Diese Infrastruktur wird im Rahmen des Projektes entwickelt werden.
Die PTB hat die Verantwortung für das technische Arbeitspaket, in dem an hochgenauen Längenmessungen elektromechanischer und thermoelastischer Kopplungen gearbeitet wird. Ziel des Arbeitspaketes ist es, ein berührungsloses Längenmessverfahren auf Basis der optischen Feldmikroskopie mit einer Unsicherheit besser als 1 nm bereitzustellen, mit dem es erstmalig möglich sein wird, bei Temperaturen von bis zu 200 °C und angelegtem elektrischen Feld zu messen. Die Ausweitung des Temperaturbereichs zu hohen Temperaturen ist insbesondere von Bedeutung, weil damit die für die Industrie interessanten piezoelektrischen Materialien abgedeckt werden können. Die absoluten Längenmessungen bilden die Grundlage für ein verbessertes Verständnis der komplexen Kopplung zwischen mechanischer Verformung, elektrischem Feld und Temperatur.
Weitere Informationen über das Projekt und die Projektpartner:
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Ansprechpartner
Dr. René Schödel
Telefon: 0531 592 5400
E-Mail: rene.schoedel@ptb.de
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