Prüfverfahren für Nanomaterialien
Nanostrukturierte Werkstoffe sind zum Eckpfeiler neuer Produkte und Geräte in nahezu jedem Bereich geworden, von der Sonnenenergie über die Optoelektronik bis hin zu medizinischen Sensoren. Die Verbesserung und Steuerung der entsprechenden Materialeigenschaften ist essentiell für die Produktentwicklung, Produktion und Qualitätskontrolle und erfordert geeignete standardisierte Nano-Prüfverfahren. Wissenschaftler bildeten das EU-finanzierte Projekt "Creating and disseminating novel nanomechanical characterisation techniques and standards" (NANOINDENT), um die Tätigkeiten in diesem Bereich europaweit zu koordinieren. Ihr Ziel war der Ausbau der Möglichkeiten der Nanoindentierungs-Messtechnik, um Struktur-Funktionsbeziehungen im Nanomaßstab aufzudecken und zugleich neue Standards für die Messtechnik zu definieren. Nanostrukturierte Dünnfilme und Beschichtungen sind gewissermaßen allgegenwärtig geworden. Die klassische (quasistatische) Nanoindentierung, basierend auf der Oliver/Pharr-Methode (O & P), gehört zwar zu den am weitesten entwickelten Protokollen, sieht sich aber vor Herausforderungen bei der Anwendung auf Dünnschichten und Kunstoffen gestellt. Daher setzte das Konsortium die Entwicklung dieser wichtigen Methode für Anwendungsbereiche mit Empfehlungen für die Standardisierung von Datenformaten, von der Kalibrierung der Instrumente und von Messtechniken fort. Ergebnisse der dynamischen Nanoindentierungsprüfung wiesen große Unterschiede auf und verlangten somit nach einer drastischen Standardisierung, mit der solche Probleme umgangen werden können. Wissenschaftler untersuchten eine Fülle anderer Phänomene (z. B. Einsinken, Aufhäufen und Kaltverfestigung) und sprachen Empfehlungen für Verbesserungs- und Normierungsmöglichkeiten aus. Bei der Nano-Ritz- und Reibungs- bzw. der Abnutzungsprüfung handelt es sich um einen relativ neuen Bereich der nanomechanischen Prüfverfahren. Wissenschaftler sprachen wichtige Empfehlungen für die Standardisierung von Ausrüstungsgegenständen und Prüfprotokollen aus, nachdem sie detaillierte und versuchsgeführte Untersuchungen verschiedenster Materialien bei unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt hatten. Das Konsortium lieferte die erste quantitative Analyse der Ritzhärte von Quarzglas unter verschiedenen Belastungen. Alles in allem leistete NANOINDENT einen wichtigen Beitrag zu neuen Vorschlägen für die Revision der Normen zu Eindruckshärtetests, die von der Internationalen Organisation für Normierung (ISO) festgelegt wurden. Darüber hinaus richtete NANOINENT eine Datenbank mit nanomechanischen Parametern verschiedener Materialien ein, die primär aus in der Fachliteratur beschriebenen Nanoindentierungs- bzw. Nano-Ritzprüfungen stammen. Ebenso wurden Messmethoden und beste Vorgehenswiesen mit einbezogen. NANOINDENT erfüllte sein ursprüngliches Ziel, Empfehlungen für die internationale Normierung nanomechanischer Prüfverfahren zu finden, die auch die Gerätekalibrierung, Versuchsprotokolle, Datenerhebung und Auswertung umfassen. Die Datenbank verspricht, als wertvolles Werkzeug für Wissenschaftler und Ingenieure zu agieren und sich maßgeblich auf die Innovation im Bereich der Nano-Werkstoffe auszuwirken.
