Profilbild

Folien-DMS im Nutzen


Innovation durch praxisnahe Forschung

Die Arbeitsgruppe Sensorik und Dünnschichttechnik erforscht hochempfindliche Funktionsschichten für die Sensorik mechanischer Größen wie Druck, Dehnung, Kraft, Gewicht und Drehmoment. Dünnschichten aus heterogenen Materialien mit nanoskaligen Partikeln in verschiedenen Matrixsystemen (granulare Metalle) werden für fortschrittliche Sensorik nutzbar gemacht. Solche Schichten aus Metall-Kohlenstoff oder Metall-Metalloxiden sind hochempfindlich und im Falle von Metall-SiO2 auch für Hochtemperaturanwendungen geeignet.

Unsere Forschungsschwerpunkte sind:

Unter dem Menüpunkt Industrieservices erfahren Sie, wie wir diese Forschung umsetzen und welche Kooperationsmöglichkeiten wir Firmen und Industriepartnern bieten. Für Studierende bieten wir im Rahmen von nationalen und internationalen Forschungs- und Industrieprojekten zahlreiche Möglichkeiten für Projekt- und Abschlussarbeiten.

 

Hochempfindliche Funktionsschichten für die Sensorik (Highly sensitive thin films)

Neue Materialien ermöglichen die Herstellung von hochempfindlichen Funktionsschichten zur Detektion kraftabhängiger Größen. Nanoskalige Materialien (granular metals) haben ein noch wenig erforschtes hohes Potential. Solche Funktionsschichten ändern schon bei geringsten Verformungen ihren elektrischen Widerstand und werden daher als Messeinrichtungen zur Erfassung von dehnenden und stauchenden Verformungen angewandt. Auch neuartige Applikationen zur Detektion von Bewegungen, Aufschlägen und der taktilen Sensierung werden ermöglicht. Wir interessieren uns besonders für höhere Empfindlichkeiten (k-Faktor) und höhere Gebrauchstemperaturen. Moderne Vakuum-Beschichtungsanlagen (Sputteranlagen, PECVD, Bedampfungsanlagen) stehen zur Verfügung, mit deren Hilfe dünne Sensorschichten aus unterschiedlichsten Materialien wie Metallen, Isolatoren und heterogenen Systemen aufgebracht werden können.
Unsere Spezialität sind komplexe Materialsysteme aus nanoskaligen, granularen Metallen. Diese Schichten können auf unterschiedliche Objekte wie flexible Folien, Messkörpern aus Stahl, Keramik und Glas sowie auf Sensorfasern aufgebracht werden. Mittels Ultrakurzzeit-Laseranlagen können die piezoresistiven Schichten strukturiert werden. Umfangreiche Testmethoden und Anlagen gestatten die vollständige Charakterisierung der Schichten und Sensoren.

Nach oben

 

Hochempfindliche Folien-DMS (Foil strain gauges)

Universell einsetzbare, hochempfindliche Folien-Dehnungsmessstreifen (Folien-DMS) sind das Ziel dieses Forschungsprojektes. Die Kombination aus hoher Empfindlichkeit (hoher k-Faktor von etwa 25) und niedriger Temperaturempfindlichkeit (niedriger TKR) gelingt mit Dünnschichtsystemen aus metallhaltigen Kohlenstoffschichten (Me:a-C:H-Schichten). Basierend auf umfangreichen Grundlagenarbeiten arbeiten wir an der Übertragung der Schichten auf flexible Polyimid-Folien, so dass universell applizierbare hochempfindliche DMS entstehen. Zur Herstellung werden moderne Beschichtungsmethoden und Laserstrukturierungsmethoden genutzt. Alle Eigenschaften der hochempfindlichen Folien-DMS – wie Linearität, Hysterese, Kriechen und Stabilität – werden auf Kraftsensoren und Wägezellen untersucht und optimiert. Die Arbeiten beinhalten auch die Gewährleistung der Praxistauglichkeit der neuen Folien-DMS, d.h. die Entwicklung eines adäquaten Schutzes und verschiedener Kontaktierungsmöglichkeiten. Die Forschungsarbeit wird im Rahmen eines Validierungsprojektes (VIP) vom BMBF gefördert.

Nach oben

 

Hochempfindliche Drucksensoren (Pressure sensors)

Im Bereich Drucksensoren bauen wir auf neue und verbesserte Konzepte und Komponenten. Zum Beispiel optimieren unsere Funktionsschichten bei hydraulischen und pneumatischen Druckmessungen den Einsatz von Stahlmembran-Drucksensoren. Unsere Funktionsschichten sind mit 30mV/V etwa fünfzehnfach empfindlicher als der Standard. Dadurch können die Sensorkörper für hohe Druckbereiche mechanisch robuster ausgelegt oder für niedrigere Druckbereiche verwendet werden. Dies wird auch durch eine neuartige Messbrückenanordnung in der Funktionsschicht ermöglicht, die wir mit einem Ultrakurzzeitlaser erzeugen. Daher können wir auf alle photolithographischen und nasschemischen Prozesse verzichten und die Anzahl der Prozessschritte deutlich reduzieren, wodurch Kosteneinsparungen ermöglicht werden. Die elektrische Kontaktgebung erfolgt durch Ultraschall-Bonden mittels Alu-Bonddrähten direkt auf der Funktionsschicht. Der Aufbau von kompletten Drucksensoren inklusive der Verbindungstechnik durch Schweißen, der Integration einer elektronischen Auswerteschaltung und der Gehäusung kann in der Arbeitsgruppe realisiert werden.
Nach oben

 

Sensorschichten für hohe Temperaturen (High temperature functional films)

Zur Herstellung von Drucksensoren für Hochtemperaturanwendungen verwenden wir heterogene nano-Cermet Schichten, mit denen hochempfindliche, sehr temperaturfeste (> 300 °C) Drucksensoren entwickelt werden. Heterogene nano-Cermet Schichten bestehen aus Metallclustern, die in Schichten aus dielektrischen Materialien eingebettet sind. Durch Co-Sputter-Prozesse von Metallen wie Platin oder Nickel und einem Dielektrikum wie SiO2 lassen sich nano-Cermet Funktionsschichten mit einer hohen Sensitivität (k-Faktoren um 15) erzeugen. In Abhängigkeit von der Maskenstruktur und der elektrischen Ansteuerung können im Tunnelregime noch wesentlich höhere Dehnungsempfindlichkeiten erreicht werden. In unserem Forschungsschwerpunkt werden diese Schichten auf ihre piezoresistiven Eigenschaften unter verschiedenen Belastungsarten bei höheren Temperaturen untersucht. In Zusammenhang mit keramischen Sensorträgern eruieren wir neue Konzepte für die Messung des Zylinderdrucks in Verbrennungsmotoren sowie anderen industriellen Anwendungen. Zu Testzwecken stehen entsprechende Motorprüfstände in anderen Arbeitsgruppen der htw saar zur Verfügung.
Nach oben

 

Sensorentwicklung

Wir entwickeln und charakterisieren Sensoren für mechanische Größen wie Kraft, Gewicht, Drehmoment und Druck. Dazu verfügen unsere Labore über automatisierte Prüf- und Testeinrichtungen wie Belastungsmaschinen mit Klimakammern und hydraulische Druckanlagen. Insbesondere interessieren uns sensortechnische Fragestellungen und Probleme in automatisierten Industrieanlagen und Fertigungsstraßen. Ein weiteres Augenmerk liegt auf der Anpassung und Entwicklung von elektronischen Auswerteschaltungen, die auch in Zusammenarbeit mit anderen, entsprechend spezialisierten Arbeitsgruppen der htw saar angeboten werden kann.

Wägezellen (load cells) können nach den Kriterien der Organisation internationale de métrologie légale (OIML) auf Fehler wie Linearität, Hysterese und Kriechen temperaturabhängig charakterisiert werden. Außerdem können Lebensdauertests unter schwellender oder dynamischer Belastung durchgeführt werden.
Nach oben

 

Physikalische Analytik

Die Arbeitsgruppe betreibt verschiedene Anlagen, um materialphysikalische und ingenieurtechnische Fragestellungen zu klären. Dazu gehören Rasterelektronen-Mikroskopie, Röntgenanalyse, Röntgendiffraktometrie sowie optische Mikroskopie und Profilometrie. Wir verfügen über profunde langjährige Erfahrungen zur Präparation und Analyse verschiedenartiger Proben aus sehr unterschiedlichen Industriebereichen. Bitte informieren Sie sich weiter unter Industrieservices. Informationen zu den Kosten für Analysen finden Sie hier.

Nach oben


Aktuelles

Gründung der Firma CeLaGo Sensors GmbH

Film: Production of highly sensitive strain gauges

Kontakt

Prof. Dr. Günter Schultes

htw saar
Goebenstraße 40
66117 Saarbrücken
Professur für Mechatronik und Sensortechnik
Raum htw saar 9105 und ZeMA
t +49 (0)681 58 67 - 287
t +49 (0)681 85787 - 67
f +49 (0)681 5867 - 414

Dr. rer. nat. Olivia Freitag-Weber

htw saar
Goebenstraße 40
66117 Saarbrücken
wiss. Mitarbeiterin und Lehrkraft für besondere Aufgaben
Raum 9105
t +49 (0)681 58 67 - 274
t +49 (0)681 58 67 - 776
f +49 (0)681 58 67 - 414