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Für viele Anwendungen ist es erforderlich, Objekte mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich zu handhaben. Das beste Beispiel ist die Mikrosystemtechnik (MST). Weil Geräte der konventionellen Robotertechnik zur Nanohandhabung nicht geeignet sind, werden heute flexible, automatisierte Nanohandhabungssysteme nebst speziellen Roboter-, Aktor-, Sensor-, Regelungs- und Planungstechniken als die Schlüsseltechnologie zur industriellen Beherrschung der MST angesehen.
Automatisierte Bearbeitung, Charakterisierung und Manipulation auf der Nanoskala
Das Gebiet der Manipulation, Charakterisierung und Bearbeitung von Nanomaterialien ist in den vergangenen Jahren zu einem der wichtigen Forschungsfelder in den Materialwissenschaften und Nanotechnologie geworden. Aufgrund der überragenden physikalischen Eigenschaften dieser Nanomaterialien gibt es zahlreiche potentielle Anwendungsgebiete. Wir befassen uns mit Nanomaterialien, die sich durch Abmessungen im Nanometerbereich in mindestens einer Dimension auszeichnen: Dieses sind unter anderem Kohlenstoff-basierte Materialien, wie Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren (CNTs), Nanodrähte aus unterschiedlichen Materialien wie z.B. Gold, Silicium und Zinkoxid. Zum Teil können diese Materialien direkt als elektrisch leitende Strukturen eingesetzt werden und ermöglichen zudem neue Sensor- und Aktortechnologien, mit verbesserten Eigenschaften. Dabei ist besonders das Gebiet der nano-elektro-mechanischen Systeme (NEMS) zu erwähnen.
Um die Herstellungsverfahren dieser Nanomaterialien zu optimieren und prototypische Komponenten zu realisieren ist eine reproduzierbare Manipulation, Charakterisierung und Bearbeitung dieser Materialien zwingend erforderlich, wobei häufig die Integration von Nanomaterialien in bestehende Mikrosysteme und deren Prozessschritte eine der ungelösten Aufgaben ist. Automatisierte nanorobotische Systeme stellen dafür einen sehr vielversprechenden Ansatz dar, um die Lücke zwischen den sogenannten „Top-down“- und „Bottom-up“-Ansätzen zu schließen. Wir entwickeln nanorobotische Strategien zur Manipulation, Charakterisierung und Bearbeitung von Nanomaterialien und bringt diese dadurch einen Schritt näher in Richtung Anwendung.
Mikrowellen Nanoskopie
Die Forschung und Entwicklung in der Mikro- und Nanoelektronik benötigt Werkzeuge, die es ermöglichen, Nanomaterialien zu vermessen, manipulieren und transportieren (Stichwort: Beyond CMOS). Ein wesentlicher Teil auf dem Weg dahin, ist das Abbilden und Charakterisieren der elektrischen und dielektrischen Eigenschaften dieser neuen Materialien im Höchstfrequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums. Mit unserem nanorobotischen Ansatz arbeiten wir an neuartigen Meßtechniken und -instrumenten, wie beispielsweise unser in-situ Rastermikrowellenmikroskop.
Abb.: Rastersondenmikroskopietechniken im Frequenzspektrum