Nickelhaltige Kohlenwasserstoff-Nanokomposite als Sensorschichten für die Kraft- und Drucksensorik

Conference: MikroSystemTechnik - KONGRESS 2009
10/12/2009 - 10/14/2009 at Berlin

Proceedings: MikroSystemTechnik

Pages: 4Language: germanTyp: PDF

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Authors:
Koppert, R.; Göttel, D.; Probst, A.-C.; Freitag-Weber, O.; Schultes, G. (Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Goebenstraße 40, 66117 Saarbrücken)
Werner, U. (INM Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH, Campus D2 2, 66123 Saarbrücken)

Abstract:
Metallhaltige Kohlenwasserstoff-Dünnschichten eröffnen neue Perspektiven für die Messung von verschiedenen mechanischen Größen wie z.B. Kraft und Druck. Ein entscheidender Aspekt hierbei ist die Kombination von hoher Dehnungsempfindlichkeit (k-Faktor) mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes (TKR). Speziell nickelhaltige Kohlenwasserstoff-Dünnschichten (nanoNi@C) zeigen eine um den Faktor 10 erhöhte Dehnungsempfindlichkeit gegenüber metallischen DMS-Materialien. Der TKR dieser Schichten lässt sich in einem weiten Bereich durch die Nickelkonzentration in der Dünnschicht einstellen. Zusätzlich liegt dieser in einem großen Temperaturbereich von 50 K bis hinauf zu 450 K konstant zwischen ±50 ppm/K. Die Struktur dieser Schichten wird aus Nickelclustern mit einem typischen Durchmesser von 10 bis 20 nm und einer Kohlenwasserstoffmatrix gebildet. Die Nickelcluster sind fast vollständig von wenigen gebogenen Graphenlagen (turbostratischer Graphit) umhüllt. Erste Drucksensormuster bestätigen durch einen Kennwert von bis zu 20 mV/V die experimentell gezeigte Erhöhung der Dehnungsempfindlichkeit um den Faktor 10. Die Linearitäts- und Hysteresefehler liegen in für diese Sensorelemente typischen Bereichen.