Nanoteilchen-Sensorik Präzise und energieeffiziente Kraftmessung

Nanoteilchen basierter Dehnungsmessstreifen.
Nanoteilchen basierter Dehnungsmessstreifen.

Nanolike entwickelt Nanoteilchen-basierte Präzisions-Dehnungsmessstreifen.

Wegen ihrer ungewöhnlichen physikalischen Eigenschaften werden Nanomaterialien seit einigen Jahren verstärkt in der Sensorik eingesetzt. 

Nanoteilchen-basierte Dehnungsmessstreifen (DMS) sind schon über ein Jahrzehnt Gegenstand akademischer Forschung, seit 2012 entwickelt Nanolike resistive Dehnungsmessstreifen für den industriellen Einsatz.

Die Sensoren basieren auf kollodialen Nanoteilchen, welche in chemischer Synthese konvektiv auf flexibles Polyimidsubstrat gebracht werden (Bild 1): Die leitenden Goldkerne (15 nm Durchmesser) sind mit organischen nicht-leitenden Liganden bedeckt. Der Strom durch die Nanoteilchenstruktur entsteht aus dem Ladungsträgertunneln zwischen benachbarten Goldkernen.
Externe Zugkräfte erhöhen den Nanoteilchenabstand und damit die Länge der Tunnelbarriere: Der elektrische Widerstand hängt exponentiell von der Substratdehnung ab.

Durch den Tunnelstrom misst der Nanoteilchen-basierte DMS sehr präzise, der Dehnungsfaktor übersteigt den gewöhnlicher Metall-Folien-DMS um das 15-Fache, bei relativer Dehnung um bis zu 0,2 Prozent. Damit können sehr kleine Deformationen erfasst werden. Zudem arbeiten die Sensoren wegen ihres hohen Eingangswiderstandes (200 kΩ bis 1 MΩ) energieeffizient. Die unter 0,1 mm2 kleine aktive Fläche erleichtert die Integration.
Im Gegensatz zu konventionellen DMS können sie auch in größeren Sensorarrays eingesetzt werden und sind für autonome drahtlose Sensorfelder geeignet, wie sie im Internet der Dinge oder in der Zustandsüberwachung vorkommen.