Innovative Tastsensoren

• Piezoresistive Si-Mikrotaster für schnelle Rauheitsmessungen in Düsen und Bohrungen mit Durchmessern kleiner 100 µm (Profilscanner für Strukturen mit großem Aspektverhältnis) [1]. EMPIR-Projekt Micro probes
• Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme (MEMS) mit denen kleine Auslenkungen und Kräfte im Nanobereich gemessen werden können [2]. Anwendungsbereiche: schnelle Oberflächenmessung [3], oberflächennahe Messung von E-Modul und Härte [4] und Kalibrierung der Steifigkeit von AFM-Cantilevern [5]
• Rückgeführtes, linear luftgelagertes Tastsystem (Lupo), das Antastkräfte im Bereich von 50 µN bis 700 µN erlaubt (taktiles Referenzmessgerät HRTS [6]).
  Bei weichen Materialien ist für die Bestimmung von geometrischen Größen mittels taktiler Verfahren ein besonderes Augenmerk auf die Tastspitzenform und die Tastkräfte in Verbindung mit den Materialeigenschaften zu richten [7], [8].

Referenznormale zur Kalibrierung der Antastkraft, des Spitzenradius und der z-Messachse

• Si-Mäander-Referenzfedersensoren [9], [10] zur Kalibrierung der Antastkraft von Koordinatenmessgeräten, Nanoindentern und AFM
• MEMS-Doppelfedersensoren zur Kalibrierung der Antastkraft und Auslenkung von Tastschnittgeräten, Nanoindentern und AFM [11]
• Tastspitzenprüfnormal für die Kalibrierung des Radius und der 2D-Form von Diamanttastspitzen konventioneller Tastschnittgeräte und von speziellen Silizium-Tastspitzen ( Flyer_Tastspitzenprüfnormal_PTB_2017) [12]
• diamantgedrehte Tiefeneinstellnormale für optische und taktile Oberflächenmessgeräte

Nanoindentationstechnik mit MEMS-Sensoren

• Entwicklung von MEMS-Aktoren mit kapazitiver Wegmessung [4]
• Entwicklung eines Picoindenters für obenflächennahe Härte- und E-Modulmessungen
• Entwicklung einer Cantileverklemmvorrichtung für MEMS im Rahmen des EMPIR Projektes „Metrology for length-scale engineering of materials“ (StrengthABLE) Abteilungs-News: MEMS Picoindenter with exchangeable AFM cantilever as an indenter for micro- and nanomaterials.

Tastspitzen- und Indenter-Radien- und Formmessung

• Verfahren zur Ermittlung des Radius und der Form von sphärischen Tastspitzen (konfokale Mikroskopie, Referenzkugeln, Gitterstrukturen, Rechteckrillen, scharfkantige Diamantkanten, Tastspitzen-Prüfnormale, 3D-Elektronenmikroskopie, metrologische AFM, Referenzmaterialien)
• Messverfahren und Algorithmen zur Bestimmung der Kontaktfläche (Flächenfunktion) von Indentern  
• Kalibrierverfahren für Mikro-Radiennormale

Nanokraft

• Aufbau, Inbetriebnahme und Betrieb der Nanokraftnormalmesseinrichtung (NKNM) [13]. Die NKNM ist gleichzeitig Kraftsensor und Kraftaktor mit Rückführung auf das SI-System. Es können Kräfte ≤ 10 µN mit 0,1 pN Auflösung und einer relativen Unsicherheit von 10^-3 bei 1 nN gemessen werden [14].
  
  Kraft-Messbereich (Fm): 0,1 pN ≤ Fm < 10 µN
  Unsicherheit: 10^-3 bei 1 nN
  Steifigkeitsbereich (k): 10^-6 N/m - 10 N/m
  Angestrebte Unsicherheit: 10^-3 bei k = 10^-3 N/m
  Wichtigster Kraftbereich: 1 pN – 100 nN
• DFG-Vorhaben „Untersuchung der lichtinduzierten Anziehungskraft zwischen zwei Metallkörpern im Subwellenlängenabstand“ [15], [16]

Literaturverweise [1] - [16]

Die Arbeitsgruppe kalibriert:

•    Radiennormale mit R ≤ 20 µm
•    Antastkraftnormale für Tastschnittgeräte
•    Kraft-Weg-Normale für Martenshärtemessgeräte und Nanoindenter
•    Cantilever und Referenz-Cantilever für Rasterkraftmikroskope
•    Tiefen-Einstellnormale für Messbereiche von 10 µm bis 5 mm
•    Mikro- und Nanokraftsensoren
•    Eindringkörper für Härtemessungen

Über die Nanokraftmesseinrichtung

Lichtinduzierte Kraft