Christian Doppler Labor am FELMI-ZFE eröffnet

Am Mittwoch, dem 25. April 2018 wurden in der Aula der Technischen Universität Graz unter der Schirmherrschaft des Hausherrn Rektor Univ.-Prof. Harald Kainz drei Christian Doppler (CD) Labore gemeinsam eröffnet. Im Forschungsinteresse stehen die Fabrikation von 3D-Nanosonden, funkbasierte Ortungssysteme und die Porosität von Papier. Mit dieser Dreifacheröffnung verstärkt die TU Graz ihre Forschungskompetenz in den Fields of Expertise Advanced Materials Science und Information, Communication & Computing.

Mit der Eröffnung des CD-Labors für die direkte Fabrikation von 3D-Nanosonden gelingt Ass.Prof. Harald Plank ein weiterer Meilenstein. Harald Plank leitet seit 2010 die Arbeitsgruppe S3 am Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik (FELMI) und am Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz (ZFE), einem Mitgliedsinstitut des Forschungsnetzwerks ACR, forscht auf dem Gebiet der „funktionellen Nanostrukturierung mit 3D Nanoprinting“ und habilitierte sich 2015. Die Nanofabrikation mit fokussierten Elektronenstrahlen (Focused Electron Beam Induced Deposition, kurz FEBID), welcher langer Zeit enge Grenzen gesetzt waren, ist der Schlüssel zu zahlreichen neuen Anwendungen. Die FEBID-Methode kann als hochflexibler 3D Nanodrucker verstanden werden, mit dessen Hilfe sich auf praktisch jeder Oberfläche Nanostrukturen aufbringen lassen.

Dieses CD-Labor erforscht die 3D-Nanoprinting-Technologie für 3D-Nanosonden. Das Vorhaben beeindruckt allein schon durch seine „Größe“. Zum Vergleich: Die Strukturen, mit denen die Wissenschaftler arbeiten, sind so klein, dass sie mehr als 10 Millionen Mal auf einem Perlenohrring mit einem Zentimeter Durchmesser passen würden. „Wir verstehen die grundlegenden Mechanismen der Herstellung von flachen oder voluminösen Strukturen mit FEBID mittlerweile ganz gut. Bei komplexen, freistehenden 3D-Architekturen gibt es allerdings noch offene Fragen, um das volle Potenzial auszuschöpfen“, erklärt Harald Plank. Neben der generellen Fabrikationsproblematik weisen typische metallbasierte FEBID-Materialien nicht zu vernachlässigende Kohlenstoffgehalte auf, welche die gewünschten Eigenschaften der Nanosonden verschlechtern oder vollständig unterbinden. Obwohl in den letzten Jahren verschiedene Verfahren eingeführt wurden, um chemische Verunreinigungen aus planaren Strukturen vollständig entfernen, ergeben sich für 3D-Strukturen neue Herausforderungen. Im Detail führt der Volumsverlust während der chemischen Aufreinigung zu räumlichen Spannungen, die die strukturelle Integrität der 3D-Nanoarchitekturen negativ beeinflussen und zu massiven Verformungen führen. Im Rahmen dieses CD-Labors werden die hier zu Grunde liegenden Mechanismen im Detail untersucht, um den chemischen Transferprozess anzupassen und die ursprüngliche Architektur beizubehalten.

Im Anschluss liegt der Fokus auf Proof-of-Principle Studien, mit dem Ziel neuartige 3D-Nanosonden Konzepte zu erforschen. Das mittelfristige Ziel, in Kooperation mit dem Industriepartner GETec Microscopy GmbH, sind Anwendungen in der In situ- Rasterkraftmikroskopie. Harald Plank blickt der Zukunft motiviert entgegen, denn: „Wir sind in unserer Arbeit herausgefordert, dass Potenzial dieser 3D Fabrikationstechnologie zu nutzen, um neuartige und bisher kaum mögliche Anwendungskonzepte zu realisieren. Damit würde die in situ Rasterkraftmikroskopie, in Kombination mit Raster-Elektronen / -Ionen Mikroskopen, gegenwärtige Grenzen überwinden und neue Materialinformationen zugänglich machen. Im Speziellen motiviert auch die Vision, unsere Forschungsergebnisse in ein echtes Produkt umzuwandeln, was in der Wissenschaft nicht immer unmittelbar möglich ist“

Kontakt:
Ass.Prof. Priv.-Doz. Dipl.-Ing. Dr.techn. Harald PLANK
Steyrergasse 17, 8010 Graz, Austria
Tel: +43 (0)316 873 8821  
 harald.plank@felmi-zfe.at 

Über das FELMI-ZFE
Das FELMI-ZFE besteht seit 65 Jahren und ist ein Forschungsverbund, der sich aus dem Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik (FELMI an der TU Graz) und dem Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz (ZFE, Mitglied der ACR-Austrian Cooperative Research) zusammensetzt. Die Forschungs- und Dienstleistungseinrichtung bietet allen Interessierten aus dem universitären und industriellen Umfeld ein umfassendes Spektrum modernster elektronenmikroskopischer Untersuchungsmethoden zur mikrostrukturellen und mikrochemischen Charakterisierung von anorganischen und organischen Materialien, elektronischen Bauelementen, pharmazeutischen wie auch biologischen Systemen. Im Forschungsversbund sind derzeit die leistungsfähigsten Elektronenmikroskope Mitteleuropas im Einsatz. www.felmi-zfe.at

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