![\"\"](\"https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2021\/02\/09-4.jpg\")
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Anfang der 1980er-Jahre entwickelten die Physiker Gerd Binnig und Heinrich Rohrer das Rastertunnelmikroskop (Scanning Tunneling Microscope, STM) \u2013 und legten damit den Grundstein f\u00fcr die Rastersondenmikroskopie (Scanning Probe Microscopy, SPM). Die Funktionsweise l\u00e4sst sich gut mit der eines Plattenspielers vergleichen: \u00c4hnlich einer Nadel auf einer Schallplatte, tastet eine Sonde die Oberfl\u00e4che einer Probe ab und sammelt dabei Informationen \u00fcber deren Beschaffenheit. Dabei nutzt die Rastersondenmikroskopie Wechselwirkungen zwischen Sonde und Probe und erm\u00f6glicht so Aufl\u00f6sungen bis in den subatomaren Bereich. Das Ergebnis sind hochgenaue Aufnahmen kleinster Strukturen, die mit optischen bzw. elektronenoptischen Verfahren wie Licht- oder Rasterelektronenmikroskopen nicht machbar w\u00e4ren. F\u00fcr die Analyse, Erforschung und Bearbeitung von Oberfl\u00e4chen ergaben sich damit v\u00f6llig neue M\u00f6glichkeiten \u2013 der Siegeszug von Nanowissenschaften und Nanotechnologie nahm seinen Lauf.<\/p>\n
Schweizer Nobelpreistr\u00e4ger als Wegbereiter<\/strong><\/p>\n 1986 wurden die beiden Wissenschafter f\u00fcr ihre Erfindung mit dem Nobelpreis f\u00fcr Physik ausgezeichnet. Im selben Jahr entwickelten Gerd Binning, Calvin Quate und Christoph Gerber das Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM), mit dem sich \u2013 im Gegensatz zum Rastertunnelmikroskop \u2013 auch nichtleitende Materialien untersuchen lassen. Das AFM macht sich die zwischen Sonde und Probe auftretenden atomaren Kr\u00e4fte (u.a. Van-der-Waals- und Kapillarkr\u00e4fte) zunutze und ist heute dank seiner zahlreichen Anwendungsm\u00f6glichkeiten der meistgenutzte Typ von SPM.<\/p>\n Auf Erde und Mars gleichermassen bew\u00e4hrt <\/strong><\/p>\n Zu den f\u00fchrenden Herstellern geh\u00f6rt das Schweizer Hightech-Unternehmen Nanosurf. Die Eidgenossen haben sich auf die Entwicklung von Rastersondenmikroskopen spezialisiert und bieten kompakte AFMs und STMs, hochmoderne Rasterkraftmikroskopsysteme f\u00fcr wissenschaftliche Anwendungen sowie individuelle L\u00f6sungen f\u00fcr spezifische Anforderungen. Rund um den Globus sch\u00e4tzen Kunden aus Industrie sowie Forschung und Lehre den innovativen Ansatz, die Modularit\u00e4t sowie die einfache Handhabung der Produkte. Auch an Bord der NASA-Raumsonde \u00abPhoenix\u00bb zum Mars war 2007 ein AFM von Nanosurf dabei und half, nach Leben auf dem roten Planten zu suchen. Selbstredend, dass das kein Modell \u00abvon der Stange\u00bb war. Die Anforderungen verstehen, darauf eingehen und eine exakt passende L\u00f6sung entwickeln \u2013 das geh\u00f6rt zu den St\u00e4rken von Nanosurf. Auch bei der Entwicklung zweier kundenspezifischer L\u00f6sungen zur Untersuchung von besonders grossen Glas-Substraten war die Kreativit\u00e4t der Schweizer Ingenieure gefragt. Die daf\u00fcr n\u00f6tigen grossen Steintische, die das AFM von Nanosurf bewegen und halten, wurden von Steinmeyer Mechatronik gebaut.<\/p>\n Von Dresden in die ganze Welt<\/strong><\/p>\n Seit mehr als 145 Jahren steht der Name Steinmeyer Mechatronik f\u00fcr Qualit\u00e4t und Pr\u00e4zision. Neben Standardprodukten geh\u00f6rt insbesondere die Entwicklung von individuellen Sonderprojekten zu den Kernkompetenzen der Dresdner Spezialisten f\u00fcr hochgenaue Positioniersysteme. Gemeinsam mit dem Kunden entwickelt das Unternehmen innovative, auf die jeweilige Anwendung perfekt zugeschnittene Konzepte. Es ist genau diese L\u00f6sungskompetenz, die Nanosurf an den Sachsen besonders sch\u00e4tzt. \u00abMit Steinmeyer Mechatronik haben wir einen kompetenten Partner an unserer Seite, der es uns mit seiner Flexibilit\u00e4t und seinem Ideenreichtum erm\u00f6glicht, auch hochkomplexe Einzelanfertigungen zu realisieren\u00bb, so Nanosurf-Marketingleiter Dr. Bj\u00f6rn Pietzak. Weiterer Pluspunkt: Die Dresdner \u00fcbernehmen auch die Logistik. Wenn der Positioniertisch fertig ist, kommen die Ingenieure von Nanosurf zu Steinmeyer Mechatronik, bauen gemeinsam das AFM ein und f\u00fchren vor Ort die notwendigen Tests durch. Von Dresden wird das fertige System dann direkt zum Kunden geschickt. \u00abDas ist f\u00fcr uns von grossem Vorteil\u00bb, erz\u00e4hlt Dr. Pietzak. \u00abDenn derartig grosse Tische wie im vorliegenden Fall w\u00fcrden wir bei uns noch nicht einmal durch die T\u00fcr bekommen. Deshalb kommt Steinmeyer Mechatronik bei uns vor allem immer dann ins Spiel, wenn die Proben besonders gross und schwer werden.\u00bb<\/p>\n Aufgetischt <\/strong><\/p>\n Immerhin verf\u00fcgt der gr\u00f6ssere der beiden Tische \u00fcber Abmessungen von 1,45 m \u00d7 2,2 m und wiegt 2,25 t. Proben bis zu einer Breite von 54 cm, einer L\u00e4nge von 1,5 m sowie einer H\u00f6he von 21 cm k\u00f6nnen so untersucht werden. Das maximale Probengewicht betr\u00e4gt 500 kg. Da die Probe auf der Plattform fest fixiert wird, punktet das XYZ-System trotz allem mit Kompaktheit und kommt mit Verfahrwegen von 55 cm, 1,55 m sowie 5 cm aus. Ein Riemenantrieb sowie ein Schrittmotor sorgen f\u00fcr die Bewegung und erreichen Geschwindigkeiten bis zu 30 mm\/s. Im Gegensatz dazu erscheint sein kleinerer Bruder fast schm\u00e4chtig, obwohl auch er schon stattliche Ausmasse hat. Mit einer Gr\u00f6sse von 53 \u00d7 59 cm sowie einer H\u00f6he von 47 cm ist er ebenfalls \u00e4usserst kompakt gebaut. Der XYZ-Tisch verf\u00fcgt \u00fcber Verfahrwege von 15 \u00d7 27,5 cm auf der horizontalen Ebene sowie 5 cm in der Vertikalen und fasst Proben mit einer maximalen Gr\u00f6\u00dfe von 25 \u00d7 70 \u00d7 17,5 cm. Zum Vergleich: Eine \u00abnormale\u00bb AFM-Probe ist in der Regel 1 \u00d7 1 cm gross und 1 mm hoch. Angetrieben wird das System mit einer Spindel und einem Schrittmotor. Der 130 kg schwere Tisch kann Proben mit einem Maximalgewicht von 150 kg aufnehmen.<\/p>\n Beide Gantry-Systeme bestehen aus schwerem Granit und halten so dem grossen Gewicht der Proben stand. \u00dcber einer u-f\u00f6rmigen Probenplattform befindet sich eine bewegliche Traverse, die das Rasterkraftmikroskop von Nanosurf h\u00e4lt. Damit l\u00e4sst sich das Messinstrument des AFMs \u2013 der sogenannte Cantilever, eine elastische Blattfeder mit einer nanoskopisch kleinen Spitze (auch \u00abTip\u00bb genannt) am Ende \u2013 exakt ausrichten und zu jedem beliebigen Punkt innerhalb der U-Form bewegen. F\u00e4hrt der Cantilever das Oberfl\u00e4chenrelief einer Probe ab, f\u00fchren die zwischen Cantilever und Probe auftretenden anziehenden und abstossenden Kr\u00e4fte zu einer Auslenkung der Blattfeder. Diese wird mithilfe eines Laserstrahls erfasst und aufgezeichnet. So ergibt sich ein hochgenaues Bild. Eine Aufl\u00f6sung von 1 \u03bcm sowie eine Positioniergenauigkeit von +\/\u20135 \u03bcm, wie sie die beiden motorisierten XYZ-Systeme aufweisen, sind daf\u00fcr unerl\u00e4sslich.<\/p>\n In der Ruhe liegt die Kraft<\/strong><\/p>\n Das Besondere der Konstruktion: Die Traverse bewegt sich auf speziell entwickelten Luftlagern. Sie schwebt quasi auf einem ca. 5 \u03bcm dicken Luftspalt und arbeitet so praktisch ber\u00fchrungslos und verschleissfrei. Das garantiert eine sehr hohe Lebensdauer. Weiterer Vorteil: Mithilfe der Luftlager kann eine extreme Steifigkeit erreicht werden. Sobald der Messkopf in Position gebracht ist, wird die Luft aus den Lagern gelassen und das System durch seine interne Vorspannung fixiert. Auch die gesamte Masse der Querachse liegt dann direkt auf dem Basisgranit auf und sorgt so f\u00fcr h\u00f6chste Stabilit\u00e4t. \u00abDas ist enorm wichtig. Denn wenn das AFM steht, darf es sich nicht mehr bewegen. Schliesslich sollen H\u00f6henunterschiede von einem Nanometer oder weniger reproduzierbar gemessen werden\u00bb, erkl\u00e4rt Dr. Pietzak. \u00abDaf\u00fcr muss das AFM atomar stabil sein. W\u00fcrde es schwingen, w\u00e4ren die Messergebnisse unbrauchbar.\u00bb Beim grossen Tisch wurden dar\u00fcber hinaus unter dem Granit noch sechs F\u00fcsse als Extra-Schwingungsd\u00e4mpfer montiert, um das System zus\u00e4tzlich vor Geb\u00e4udeschwingungen zu sch\u00fctzen.<\/p>\n Diese aussergew\u00f6hnliche Steifigkeit war auch f\u00fcr Steinmeyer Mechatronik nicht allt\u00e4glich. \u00abWir selber h\u00e4tten gar nicht die M\u00f6glichkeit gehabt, nachzuweisen, ob unsere Tische die geforderten hohen Anforderungen an die Steifigkeit \u00fcberhaupt erf\u00fcllen\u00bb, berichtet Reinhard Weihmann von Steinmeyer Mechatronik. Doch dank der intensiven Zusammenarbeit mit Nanosurf und der gemeinsamen jahrelangen Erfahrung mit derartigen Schwergewichten haben die Dresdner Positionierspezialisten diese Herausforderung gel\u00f6st. \u00abWir erg\u00e4nzen uns hervorragend\u00bb, so Dr. Pietzak. \u00abWir machen die Berechnungen und Steinmeyer Mechatronik liefert uns das fertige Produkt in hochwertiger Qualit\u00e4t. Das passt hervorragend.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Anfang der 1980er-Jahre entwickelten die Physiker Gerd Binnig und Heinrich Rohrer das Rastertunnelmikroskop (Scanning Tunneling Microscope, STM) \u2013 und legten damit den Grundstein f\u00fcr die Rastersondenmikroskopie (Scanning Probe Microscopy, SPM). 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