TU Chemnitz
Sensorfolie mit Quantenpunkten zeigt Materialschäden
Forscher des Zentrums für Mikrotechnologien der Technischen Universität Chemnitz und des Fraunhofer-Instituts für Elektronische Nanosysteme ENAS entwickeln eine mit fluoreszierenden Nanopartikeln beschichtete Sensorfolie, die Werkstoffschäden (z.B. an Rotorblättern) signalisiert.
Wird die Folie in Werkstoffe und Bauteile (z.B. Rotorblättern von Windkraftanlagen) eingebettet, so sind auch kleinste Schäden, wie z.B. Risse frühzeitig bei Inaugenscheinnahmen erkennbar. Die Folie ändert unter Belastung nämlich ihre Helligkeit und speichert diesen Zustand für eine gewisse Zeit. Auch bei vielerlei Leichtbauteilen bei Kfz, Fahrrad- und Motorradhelmen u.a. würde der Nutzer schon frühzeitig über sich anbahnende Schäden informiert.
Winzige Halbleiter-Nanokristalle kommen hierbei als Nanosensoren zum Einsatz, weil sie gegenüber elektrischen Feldern und Ladungen sehr empfindlich sind. Die Kombination der piezoelektrischen Elemente mit einer sogenannten QD-Kompositeschicht bewirkt die lokale Reduzierung der Photoluminiszenz der Partikel bei mechanischer Belastung.
»Für die Nanosensoren selbst ist keine Energieversorgung notwendig«, sagt Martin Möbius vom Zentrum für Mikrotechnologien der TU Chemnitz. Dementsprechend wäre eine energieautarke Überwachung großer Flächen bzw. Bauteile mit nahezu jeder beliebigen Form möglich, und es ließen sich kritische Belastungen – insbesondere an Leichtbauteilen – im Rahmen üblicher Wartungen gut erkennen.
»Eine große Herausforderung dieser Entwicklung ist dabei die funktionsgerechte Integration der Sensorschichten in Leichtbaustrukturen, etwa durch Einlaminieren«, fügt Dr. Martin hinzu. Das große Anwendungspotential macht die Forscher jedoch optimistisch, weshalb gemeinsam mit weiteren Forschern der TU Chemnitz im Exzellenzcluster MERGE weitere Lösungsansätze untersucht und umgesetzt werden.
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