Forschung und Technologie Teststandards in der Nano-Technologie sind unabdingbar

Das zunehmende Interesse und die steigenden Investitionen in der Nano-Technologie verdeutlichen die mit dieser Technologie verbundenen enormen Möglichkeiten, aber auch die Risiken. Industrieweite Teststandards haben sich dabei als absolut notwendig erwiesen.

Durch die Nano-Technologie werden höchstwahrscheinlich viele neue Arbeitsplätze entstehen, es werden Tools entwickelt, die weitere technologische Fortschritte erlauben, und es werden sich neue Möglichkeiten für künftiges Wachstum ergeben. Es sind allerdings auch Arbeitsplätze in Gefahr, beispielsweise wenn Unternehmen nicht die Chancen dieser neuen Technologien ergreifen. Zudem bestehen bei der Nano-Technologie durchaus gewisse Risiken für Umwelt, Gesundheit und Sicherheit. Trotz der durch die Bankenkrise verursachten Rezession investieren sowohl private als auch staatliche Forschungseinrichtungen weiterhin massiv in die Nano- Technologie-Forschung. Wenn allerdings die öffentlichen und privaten Bereiche nicht gemeinsam standardisierte Testmethoden entwickeln, könnte der Übergang vom Labor zum Markt problematisch werden.

Standards sind auch hier nötig

Die Schaffung industrieweiter Standards für Terminologie, Materialien, Bauteile, Systeme und Prozesse würde Ordnung in den Nano-Technologie- Markt bringen. Besonders für neue Technologien bieten Standards entscheidende Vorteile:

  • Standards bilden die Grundlage für konsistente Erwartungen und helfen zu gewährleisten, dass diese erfüllt werden.
  • Standards dienen als gemeinsame Basis für die Kommunikation von Themen wie Qualität und Sicherheit.
  • Standards begünstigen Kompatibilität und Interoperabilität der Produkte.

Bevor Kohlenstoff-Nano-Röhrchen (CNT) kommerziell verfügbar waren, gab es keine Richtlinien, um die Reproduzierbarkeit der Fertigungsprozesse sicherzustellen. Aber ohne Teststandards können einerseits die Hersteller ihren Kunden keine definierte Produktqualität zusichern, andererseits können die Kunden nicht vertrauensvoll unter verschiedenen Produkten auswählen. Auch bei der Eingangskontrolle lässt sich nicht überprüfen, ob die Lieferung der Bestellung entspricht, also ob beispielsweise einwandige oder mehrwandige Nano-Röhrchen geliefert wurden. Mit dem inzwischen etablierten Standard (IEEE 1650TM-2005, „IEEE Standard Test Methods for Measurement of Electrical Properties of Carbon Nanotubes“) haben die Abnehmer entsprechende Tools zur Verfügung, um überprüfen zu können, was sie kaufen.

Initiative aus der Industrie

Die Beteiligung von Keithley Instruments an der Entwicklung des neuen Standards IEEE 1650 veranschaulicht, dass die Unternehmen von der Mitarbeit an der Erstellung von Teststandards auch profitieren können. Man beteiligte sich insbesondere an der Entwicklung des Kapitels „Electrical Characterization“ des Standards, das die Testinstrumente und Messverfahren beschreibt sowie die Spezifikationen der benötigten Messgeräte definiert. Das Kapitel umfasst unter anderem Richtlinien für die Behandlung ohmscher Kontakte und für die Messung kleiner Widerstände unter 100 kΩ und hoher Widerstände über 100 kΩ.

Das Halbleiter-Charakterisierungs- System Modell 4200 (Bild) von Keithley erfüllt die Spezifikationen des Standards, so dass diese Tatsache beispielsweise in der Produktliteratur erwähnt werden kann, was sich positiv auf den Umsatz und das Kundenvertrauen bei diesem Produkt auswirkt.

Ein potentielles Hindernis für eine breite Nutzung von Kohlenstoff-Nano- Röhrchen als Zusatz in Grundmaterialien sind die nicht definierten Standards zur Charakterisierung. Die verschiedenen Forscher haben in ihren Untersuchungen jeweils eigene Messprozeduren entwickelt, deren Ergebnisse mehr oder weniger mit denen anderer Forscher vergleichbar sind. Die Untersuchung der Eigenschaften eines neuen Materials erfolgt mittels Abtastung, wobei die Sondenkraft berücksichtigt werden muss. Gerade bei sehr dünnen Materialien können sich lokale Phasenänderungen am Abtastpunkt ergeben, die eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften zur Folge haben.

Die Nano-Indentierung ist ein gängiges Verfahren bei der Charakterisierung von mechanischen Eigenschaften, wobei eine Indenterspitze mit bekannter Geometrie in die Oberfläche des Materials gedrückt und wieder herausgezogen wird. Dabei werden kontinuierlich Kraft und Eindringtiefe gemessen. Mit Hilfe von elektrisch leitenden Indenterspitzen sowie „Source and Measure“-Instrumenten lässt sich eine zeitliche Korrelation von Kraft, Eindringtiefe, Spannung und Strom erhalten.