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Vorstellung des Themenbereichs Nanometrologie

Der Themenbereich Nanometrologie

Im Themenbereich Nanometrologie (TB Nano) arbeiten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der PTB aus 13 Fachbereichen abteilungsübergreifend zusammen, um die industriellen und metrologischen Anforderungen an rückführbare Messungen von nanoskaligen Objekten jetzt und auch in Zukunft zu erfüllen. Dabei werden viele Projekte und Forschungstätigkeiten in enger Kooperation mit Universitäten (TUBS (LENA, B-IGSM, NANOMET), LUH, TU Ilmenau, TU Dresden), Firmen und Forschungsorganisationen (HZB, Fraunhofer, BAM, BfR, Umweltbundesamt, BAuA, …) durchgeführt. Der Themenbereich Nanometrologie ist in 16 Europäischen Verbundprojekten (gefördert aus dem EMPIR-Programm) tätig und unterstützt die Entwicklung von Richtlinien und Normen sowohl auf nationaler (DIN, VDI) als auch internationaler (ISO/TC 229, TC 24, TC 201, TC 202, TC 213) Ebene.

Nanoobjekte sind in mindestens einer Dimension zwischen einem und 100 Nanometern klein. Sie haben oftmals völlig andere Eigenschaften als größere Objekte derselben Materialien und sie bieten eine ungeheure Fülle an Anwendungsmöglichkeiten: Nanotechnologische Bauteile und Effekte finden sich in hochintegrierten und hochleistungsfähigen Halbleiterbauelementen, der Grundlage der Kommunikationstechnologie und der digitalen Vernetzung in der Industrie 4.0. Fortschritte in der Nanotechnologie führen zu mehr Effizienz und längeren Lebensdauern bei der Energieerzeugung in Photovoltaik und Windkraftanlagen sowie bei der Energiespeicherung in Batterien und Brennstoffzellen. Nanometergenaue Bearbeitungstechniken senken den Ausschuss in der industriellen Fertigung und reduzieren den Verschleiß mechanischer Teile. Bei einigen industriellen Prozessen, wie z. B. bei 3D-Druckern, können als Nebenprodukt Nanopartikel entstehen, deren Einfluss auf Mensch und Umwelt untersucht werden muss. Gleichzeitig kommen Nanopartikel bereits in der Medizintechnik in Bildgebungsverfahren oder in der Tumortherapie zum Einsatz. Wird ein elektronisches Bauteil so weit verkleinert, dass seine Abmessungen im Bereich der Elektronenwellenlänge liegen, treten quantenmechanische Effekte auf – eine entscheidende Voraussetzung für die Entwicklung von Quantencomputern mit Festkörper-Qubits.

Die Nanotechnologie wird im europäischen Forschungsprogramm „Horizont 2020“ als eine der sechs Schlüsseltechnologien und als Brücke für Wachstum und Beschäftigung bezeichnet. Auch auf nationaler Ebene sind ihre großen Chancen erkannt worden. Will man die Nanotechnologie sicher einsetzen und die Produktionsprozesse zuverlässig beherrschen, muss man auch die winzigen Objekte und Strukturen zuverlässig und rückgeführt messen können. Die Nanometrologie ist daher ein wichtiger und vielseitiger Teil der PTB-Aufgaben. Es geht dabei um die verschiedensten auf das Internationale Einheitensystem SI rückgeführten Messungen an Nanoobjekten sowie um das bessere Verständnis messtechnisch relevanter Prozesse auf der Nanoskala.